一種基于后向散射照明的距離選通成像系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及距離選通成像領(lǐng)域,具體而言,涉及一種基于后向散射照明的距離選通成像系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖激光從激光器窗口輸出后,在不同距離反射(或散射)回來(lái)的光脈沖時(shí)刻是不同的,通過(guò)在接收端采用一個(gè)高速的快門控制只接收某個(gè)距離返回的激光脈沖,其他無(wú)關(guān)的光則被阻擋在外,該成像方法被稱為距離選通成像。
[0003]由于距離選通成像只對(duì)某一距離的目標(biāo)進(jìn)行成像,照明光傳播光路上其他不同距離的返回光無(wú)法進(jìn)入接收系統(tǒng)成像,所以該技術(shù)有非常強(qiáng)的環(huán)境光抑制能力能有效突出待觀測(cè)目標(biāo),在水下目標(biāo)成像、激光雷達(dá)等應(yīng)用方面能夠發(fā)揮極大的作用。
[0004]由于傳統(tǒng)距離選通成像接收的是物體對(duì)照明激光的散射光,所以現(xiàn)有技術(shù)需要被照明目標(biāo)有較強(qiáng)的光散射能力,當(dāng)目標(biāo)物為鏡面反射物體或?qū)φ彰骷す獠ㄩL(zhǎng)強(qiáng)吸收時(shí)(如黑色物體),現(xiàn)有技術(shù)獲得的信號(hào)光強(qiáng)度將會(huì)過(guò)弱,使得傳統(tǒng)距離選通成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量非常低。
[0005]另外,當(dāng)技術(shù)需要應(yīng)用于一段較長(zhǎng)距離上的選通成像時(shí)(如Im?20m),由于光強(qiáng)在傳輸過(guò)程中指數(shù)衰減,近端(Im)的物體和遠(yuǎn)端(20m)的物體獲得的照明光強(qiáng)相差非常大,從而常常無(wú)法同時(shí)獲得有效成像。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于后向散射照明的距離選通成像系統(tǒng)及方法,以改善上述的問(wèn)題。
[0007]第一方面,本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于后向散射照明的距離選通成像系統(tǒng),包括:脈沖激光器和成像裝置,所述成像裝置設(shè)置在目標(biāo)物后方的選通區(qū)域的后向散射光的傳播路徑上,其中,所述后向散射光為所述脈沖激光器發(fā)射的激光脈沖經(jīng)所述選通區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)散射后射向所述目標(biāo)物的散射光;
[0008]所述脈沖激光器按照預(yù)設(shè)發(fā)射時(shí)間發(fā)射的激光脈沖經(jīng)所述目標(biāo)物后方的選通區(qū)域的介質(zhì)散射后形成后向散射光,所述后向散射光射向所述成像裝置,所述成像裝置按照預(yù)設(shè)選通時(shí)間接收所述后向散射光后生成圖像。
[0009]結(jié)合第一方面,本發(fā)明實(shí)施例還提供了第一方面的第一種可能實(shí)施方式,其中,還包括:同步控制裝置,所述同步控制裝置分別與所述脈沖激光器和所述成像裝置耦合;
[0010]所述同步控制裝置用于按照所述預(yù)設(shè)發(fā)射時(shí)間控制所述脈沖激光器發(fā)射激光脈沖,按照所述預(yù)設(shè)選通時(shí)間控制所述成像裝置接收所述后向散射光后生成圖像。
[0011]結(jié)合第一方面的第一種可能實(shí)施方式,本發(fā)明實(shí)施例還提供了第一方面的第二種可能實(shí)施方式,其中,所述預(yù)設(shè)選通時(shí)間的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)發(fā)射時(shí)間的起始時(shí)間延遲一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0012]結(jié)合第一方面的第二種可能實(shí)施方式,本發(fā)明實(shí)施例還提供了第一方面的第三種可能實(shí)施方式,其中,所述預(yù)設(shè)時(shí)間根據(jù)所述激光脈沖在當(dāng)前介質(zhì)中的傳播速度以及傳播路徑確定,其中,所述傳播路徑為所述脈沖激光器與所述選通區(qū)域之間的路徑以及所述選通區(qū)域與所述成像裝置之間的路徑之和。
[0013]結(jié)合第一方面的第三種可能實(shí)施方式,本發(fā)明實(shí)施例還提供了第一方面的第四種可能實(shí)施方式,其中,所述選通區(qū)域的寬度根據(jù)所述選通區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)的散射系數(shù)而定。
[0014]結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能實(shí)施方式或第二種可能實(shí)施方式或第三種可能實(shí)施方式或第四種可能實(shí)施方式,本發(fā)明實(shí)施例還提供了第一方面的第五種可能實(shí)施方式,其中,所述選通區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)與所述激光脈沖的傳播路徑內(nèi)的介質(zhì)一致。
[0015]結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能實(shí)施方式或第二種可能實(shí)施方式或第三種可能實(shí)施方式或第四種可能實(shí)施方式,本發(fā)明實(shí)施例還提供了第一方面的第六種可能實(shí)施方式,其中,所述選通區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)為強(qiáng)散射物,其中,所述強(qiáng)散射物的散射系數(shù)大于所述激光脈沖的傳播路徑內(nèi)的介質(zhì)的散射系數(shù)。
[0016]結(jié)合第一方面的第一種可能實(shí)施方式或第二種可能實(shí)施方式或第三種可能實(shí)施方式或第四種可能實(shí)施方式,本發(fā)明實(shí)施例還提供了第一方面的第七種可能實(shí)施方式,其中,所述成像裝置包括門控電路,所述門控電路用于接收所述同步控制裝置輸入的控制信號(hào),以使所述成像裝置按照所述預(yù)設(shè)選通時(shí)間控制所述成像裝置接收所述后向散射光后生成圖像。
[0017]第二方面,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于后向散射照明的距離選通成像方法,應(yīng)用于基于后向散射照明的距離選通成像系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:脈沖激光器和成像裝置,所述成像裝置設(shè)置在目標(biāo)物后方的選通區(qū)域內(nèi)介質(zhì)的后向散射光的傳播路徑上,其中,所述后向散射光為所述脈沖激光器發(fā)射的激光脈沖經(jīng)所述選通區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)散射后射向所述目標(biāo)物的散射光,所述方法包括:
[0018]所述脈沖激光器用于按照預(yù)設(shè)發(fā)射時(shí)間發(fā)射激光脈沖至所述目標(biāo)物后方的選通區(qū)域內(nèi);
[0019]所述成像裝置用于按照預(yù)設(shè)選通時(shí)間接收所述后向散射光后生成圖像。
[0020]結(jié)合第二方面,本發(fā)明實(shí)施例還提供了第二方面的第一種可能實(shí)施方式,其中,所述預(yù)設(shè)選通時(shí)間的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)發(fā)射時(shí)間的起始時(shí)間延遲一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例所述脈沖激光器按照預(yù)設(shè)發(fā)射時(shí)間發(fā)射的激光脈沖經(jīng)所述目標(biāo)物后方的選通區(qū)域的介質(zhì)散射后形成后向散射光,所述后向散射光射向所述成像裝置,所述成像裝置按照預(yù)設(shè)選通時(shí)間接收所述后向散射光后生成圖像。
[0022]其中,所述目標(biāo)物后方的選通區(qū)域的具體位置由所述成像裝置的預(yù)設(shè)選通時(shí)間決定。
[0023]所述選通區(qū)域到所述成像裝置之前的后向散射光一部分被目標(biāo)物擋住另一部分射入所述成像裝置中,從而在成像裝置中形成目標(biāo)物的陰影圖像。與現(xiàn)有技術(shù)的距離選通成像技術(shù)相比,以所述目標(biāo)物的陰影圖像作為目標(biāo)物的像,能夠避免目標(biāo)物為鏡面反射物體或?qū)φ彰骷す獠ㄩL(zhǎng)強(qiáng)吸收時(shí)(如黑色物體)時(shí),所述目標(biāo)物反射的信號(hào)光強(qiáng)度過(guò)弱,導(dǎo)致成像的質(zhì)量過(guò)差。
[0024]另外,本發(fā)明實(shí)施例的所述成像裝置的一次曝光能夠獲得整個(gè)后向散射光的成像光路中所有目標(biāo)物的陰影圖像,并且能夠確保不同距離的陰影圖像強(qiáng)度基本一致。
[0025]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書闡述,并且,部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見,或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0026]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。通過(guò)附圖所示,本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖,重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0027]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于后向散射照明的距離選通成像系統(tǒng)的豐吳塊框圖;
[0028]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于后向散射照明的距離選通成像方法的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]為了改善現(xiàn)有的距離選通成像系統(tǒng)中,當(dāng)目標(biāo)物