一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像系統(tǒng)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種照明掃描疊加成像系統(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(mén)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(chēng)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]在岸基上使用掠入射距離選通成像技術(shù)探測(cè)水下目標(biāo)時(shí)，脈沖激光入射角度很小，當(dāng)脈沖激光擴(kuò)束為圓形光斑時(shí)，在水面會(huì)形成一個(gè)橢圓形照明區(qū)域，橢圓的長(zhǎng)軸在縱深方向上。當(dāng)采用某一固定選通距離時(shí)，距離接收端較近的區(qū)域?qū)?yīng)的選通深度遠(yuǎn)大于距離接收端較遠(yuǎn)的區(qū)域。由于水體的衰減，返回光強(qiáng)度隨探測(cè)深度增加而成指數(shù)衰減，要同時(shí)獲得較淺區(qū)域和較深區(qū)域的返回光，現(xiàn)有探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍無(wú)法滿(mǎn)足同時(shí)測(cè)量較深區(qū)域和較淺區(qū)域返回光的要求。而且較淺區(qū)域特別是水面散射光會(huì)影響較深區(qū)域目標(biāo)的散射回光，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)及方法，以有效提高現(xiàn)有的水下目標(biāo)物的成像質(zhì)量。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供的一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)，包括:脈沖激光器、擴(kuò)束掃描組件、激光接收器和成像裝置，所述激光接收器設(shè)置在所述擴(kuò)束掃描組件發(fā)射的激光經(jīng)目標(biāo)物反射后的反射光路上，所述激光接收器與所述成像裝置耦合，所述脈沖激光器與所述擴(kuò)束掃描組件耦合；
[0007]所述脈沖激光器將多個(gè)激光脈沖按照預(yù)設(shè)發(fā)射間隔依次發(fā)射，發(fā)射出的每個(gè)激光脈沖經(jīng)所述擴(kuò)束掃描組件降低線寬后按照預(yù)設(shè)掃描間隔依次調(diào)整出射的角度，所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間延遲第一預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0008]由所述擴(kuò)束掃描組件射出的每個(gè)激光脈沖分別經(jīng)所述目標(biāo)物的沿縱向方向的不同部位反射后由所述激光接收器按照預(yù)設(shè)選通間隔依次接收，所述激光接收器將接收到的每個(gè)激光脈沖輸入所述成像裝置中，所述成像裝置將在預(yù)設(shè)曝光時(shí)間內(nèi)接收到的多個(gè)激光脈沖形成圖像。
[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、擴(kuò)束掃描組件、激光接收器和成像裝置耦合；
[0010]所述同步控制裝置用于按照所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔控制所述脈沖激光器將多個(gè)激光脈沖依次發(fā)射，按照所述預(yù)設(shè)掃描間隔控制所述擴(kuò)束掃描組件將接收到的每個(gè)激光脈沖調(diào)整出射的角度，按照預(yù)設(shè)選通間隔控制所述激光接收器依次接收經(jīng)所述目標(biāo)物的沿縱向方向的不同部位反射后的激光脈沖，以及按照預(yù)設(shè)曝光時(shí)間控制所述成像裝置的開(kāi)啟。
[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，所述擴(kuò)束掃描組件包括:移動(dòng)平臺(tái)和由像側(cè)到物側(cè)依次同軸設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡以及第三透鏡，所述第一透鏡的光軸、所述第二透鏡的光軸和所述第三透鏡的光軸位于一條水平軸上，所述脈沖激光器發(fā)射的激光脈沖沿所述水平軸平行方向射入所述第一透鏡，經(jīng)所述第一透鏡的焦點(diǎn)射入所述第二透鏡，經(jīng)所述第二透鏡的會(huì)聚后射入所述第三透鏡，再由所述第三透鏡的會(huì)聚射向所述目標(biāo)物；
[0012]所述同步控制裝置與所述移動(dòng)平臺(tái)耦合，所述同步控制裝置用于按照預(yù)設(shè)掃描間隔控制所述移動(dòng)平臺(tái)，以帶動(dòng)所述第二透鏡沿所述水平軸水平移動(dòng)，使所述激光脈沖經(jīng)所述第二透鏡的會(huì)聚后射入所述第三透鏡的入射角度改變，從而使所述第三透鏡射出的多個(gè)激光脈沖的角度按照所述預(yù)設(shè)掃描間隔沿縱向方向依次調(diào)整。
[0013]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，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，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間不小于所述擴(kuò)束掃描組件完成一次所述調(diào)整所需的時(shí)間。
[0014]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，所述預(yù)設(shè)選通間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間延遲第二預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0015]結(jié)合第一方面的第四種可能實(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，所述預(yù)設(shè)曝光時(shí)間的起始時(shí)間早于所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間，所述預(yù)設(shè)曝光時(shí)間的結(jié)束時(shí)間晚于所述預(yù)設(shè)選通間隔的結(jié)束時(shí)間。
[0016]結(jié)合第一方面的第五種可能實(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，所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間根據(jù)所述激光脈沖在當(dāng)前傳播介質(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目標(biāo)物之間的路徑和所述目標(biāo)物與所述激光接收器之間的路徑之和。
[0017]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種照明掃描疊加成像方法，應(yīng)用于照明掃描疊加成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:脈沖激光器、擴(kuò)束掃描組件、激光接收器和成像裝置，所述激光接收器設(shè)置在所述擴(kuò)束掃描組件發(fā)射的激光經(jīng)目標(biāo)物反射后的反射光路上，所述激光接收器與所述成像裝置耦合，所述脈沖激光器與所述擴(kuò)束掃描組件耦合，所述方法包括:
[0018]所述脈沖激光器將多個(gè)激光脈沖按照預(yù)設(shè)發(fā)射間隔依次發(fā)射；
[0019]所述擴(kuò)束掃描組件將射入所述擴(kuò)束掃描組件的多個(gè)激光脈沖降低線寬后按照預(yù)設(shè)掃描間隔依次調(diào)整角度后射出，所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間延遲第一預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0020]所述激光接收器按照預(yù)設(shè)選通間隔依次接收經(jīng)所述目標(biāo)物的沿縱向方向的不同部位反射后的激光脈沖；
[0021]所述成像裝置將在預(yù)設(shè)曝光時(shí)間內(nèi)接收到的多個(gè)激光脈沖形成圖像。
[0022]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)選通間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間延遲第二預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0023]結(jié)合第二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，所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間根據(jù)所述激光脈沖在當(dāng)前傳播介質(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目標(biāo)物之間的路徑和所述目標(biāo)物與所述激光接收器之間的路徑之和。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)所述擴(kuò)束掃描組件將所述脈沖激光器按照預(yù)設(shè)發(fā)射間隔依次發(fā)射的激光脈沖按照預(yù)先設(shè)定的掃描間隔一個(gè)一個(gè)改變射向目標(biāo)物的光線的角度，使多個(gè)光束沿目標(biāo)物的縱向方向上依次掃描目標(biāo)物，每個(gè)光線照射目標(biāo)物的縱向方向上的某個(gè)部位，所述激光接收器依次接收每個(gè)激光后，由成像裝置將所有的掃描的激光的像疊加在一起，形成一幅完成的目標(biāo)物的圖像。
[0025]現(xiàn)有技術(shù)的水下目標(biāo)物成像系統(tǒng)中，由激光器射出的激光光束照射水下目標(biāo)，當(dāng)激光光束以一定的角度入射水下時(shí)，在水面上會(huì)展開(kāi)成一個(gè)橢圓形的照明區(qū)域，以橢圓光斑的長(zhǎng)軸為縱深方向，則長(zhǎng)軸的兩個(gè)端一端離成像系統(tǒng)的接收端較近，另一端離成像系統(tǒng)的接收端較遠(yuǎn)，當(dāng)采用某一個(gè)固定的選通距離時(shí)，距離成像系統(tǒng)的接收端較近的選通深度遠(yuǎn)大于距離成像系統(tǒng)的接收端較遠(yuǎn)的選通深度，導(dǎo)致返回光強(qiáng)度不一致。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)的水下目標(biāo)物成像系統(tǒng)相比，本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)擴(kuò)束掃描組件將脈沖激光器發(fā)出的圓形激光束擴(kuò)束整形為線寬足夠窄的線光束，從而以較小的角度入射水下目標(biāo)時(shí)，從而導(dǎo)致每個(gè)線光束在水面上形成的橢圓光斑的長(zhǎng)軸得到大幅度減小，以有效控制線光束在水面縱深方向投影的寬度，從而減少光斑近端與遠(yuǎn)端與成像裝置的距離，有效避免固定選通距離下近端與遠(yuǎn)端選通深度不一致的問(wèn)題。
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