一種線掃描成像裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種線掃描成像裝置，由線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊(1)生成強(qiáng)度隨機(jī)分布的一維探測激光，由光束空間整形模塊(2)對探測激光進(jìn)行空間整形，然后通過線掃描與發(fā)射模塊(3)以狹長條形的探測激光對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明，并實(shí)現(xiàn)線掃描，目標(biāo)返回的信號由回波收集模塊(4)進(jìn)行收集，并利用光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊(5)進(jìn)行接收，接收到的點(diǎn)探測信號與目標(biāo)處光強(qiáng)分布由線掃圖像重構(gòu)模塊(6)進(jìn)行關(guān)聯(lián)計算實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，并由圖像拼接模塊(7)將所有條狀成像結(jié)果進(jìn)行拼接，得到目標(biāo)區(qū)域的成像。本發(fā)明將線陣掃描式照明與點(diǎn)探測相結(jié)合，可獲得更遠(yuǎn)的探測距離；基于一維圖像重構(gòu)減少關(guān)聯(lián)計算時間，可用于運(yùn)動目標(biāo)成像或快速運(yùn)動中對目標(biāo)的掃描成像。
【專利說明】
-種線掃描成像裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體設(shè)及一種基于線探測光源與點(diǎn)接收探測器 的可針對遠(yuǎn)距離、運(yùn)動目標(biāo)成像的掃描式成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的激光掃描成像方式包括點(diǎn)掃描與線掃描。點(diǎn)掃描方式分辨率低，速度慢；線 掃描方式需要用CCD或其它陣列探測器作為接收端，而陣列探測器噪聲、響應(yīng)速度、靈敏度 等性能有限，限制了成像距離的增加和成像速度的提高。
[0003] 一般而言，點(diǎn)探測相對線陣探測具有更高的噪聲控制性能、響應(yīng)速度及更高的靈 敏度，但常規(guī)點(diǎn)探測一般對目標(biāo)采用逐個像素點(diǎn)探測及重構(gòu)成像，因而對激光重頻提出了 更高的要求，但激光重頻增加同時帶來單脈沖能量的降低，運(yùn)一矛盾又限制了點(diǎn)探測的遠(yuǎn) 距離應(yīng)用。此外，點(diǎn)探測的視場范圍極小，很容易漏掉對運(yùn)動目標(biāo)的探測。
[0004] 隨著探測技術(shù)的發(fā)展，點(diǎn)探測成像除了逐個像素探測及重構(gòu)之外，還可通過關(guān)聯(lián) 成像實(shí)現(xiàn)。即利用對照明光場的時空調(diào)制，引入時域及空域的強(qiáng)度漲落，通過光場的強(qiáng)度漲 落信息對目標(biāo)進(jìn)行編碼；在接收端僅利用一個無空間分辨能力的點(diǎn)探測器接收目標(biāo)反射的 回波信號，通過關(guān)聯(lián)計算，得到目標(biāo)的圖像。采用大視場照明，相對于傳統(tǒng)點(diǎn)探測及重構(gòu)成 像可W實(shí)現(xiàn)更大范圍的照明區(qū)域，但當(dāng)前光強(qiáng)調(diào)制主要基于旋轉(zhuǎn)的毛玻璃或其他空間光調(diào) 制器如數(shù)字微鏡陣列值MD),液晶附娃化CO巧等二維空間光調(diào)制器件實(shí)現(xiàn)，對目標(biāo)進(jìn)行二 維強(qiáng)度編碼，與此相伴隨的是更多的重建時間。對于復(fù)雜目標(biāo)，仿真計算中一般要求IO4~ IO6次甚至更多次計算，采樣次數(shù)越大，重建圖像時處理端的壓力越大，速度越慢。
[0005] 采樣期間，目標(biāo)與系統(tǒng)之間的相對運(yùn)動會引起圖像退化等問題，難W實(shí)現(xiàn)針對運(yùn) 動目標(biāo)的快速點(diǎn)探測成像。現(xiàn)有的運(yùn)動補(bǔ)償方法是通過對參考臂探測器記錄的光場強(qiáng)度分 布進(jìn)行平移補(bǔ)償，裝置和方法復(fù)雜，且不實(shí)用。一般而言，當(dāng)前研究的點(diǎn)探測成像方法僅適 用于對靜態(tài)目標(biāo)或者極低速目標(biāo)成像，針對運(yùn)動目標(biāo)成像的點(diǎn)探測成像還屬于當(dāng)前成像研 究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何增加成像距離，并提高掃描成像速度，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動 目標(biāo)成像或快速運(yùn)動中對目標(biāo)的掃描成像。 陽00引（二）技術(shù)方案
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種線掃描成像裝置，所述裝置包括線激 光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊、光束空間整形模塊、線掃描與發(fā)射模塊、回波收集模塊、光強(qiáng)點(diǎn)探測 模塊、線掃圖像重構(gòu)模塊W及圖像拼接模塊；
[0010] 所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊生成強(qiáng)度隨機(jī)分布的一維探測激光，所述光束空間 整形模塊用于將所述一維探測激光進(jìn)行空間整形，然后通過所述線掃描與發(fā)射模塊W狹長 條形的探測激光對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明，并通過所述線掃描與發(fā)射模塊的線掃描器件實(shí)現(xiàn)視 場范圍內(nèi)的線掃描，由目標(biāo)返回的信號由所述回波收集模塊進(jìn)行收集，并利用所述光強(qiáng)點(diǎn) 探測模塊進(jìn)行接收，所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊接收到的信號與目標(biāo)處所述一維探測激光的激光 強(qiáng)度分布通過所述線掃圖像重構(gòu)模塊進(jìn)行關(guān)聯(lián)計算實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，形成對應(yīng)于狹長條形探測激 光的條狀成像結(jié)果，并由所述圖像拼接模塊將所有的所述條狀成像結(jié)果進(jìn)行拼接，得到目 標(biāo)區(qū)域的成像。
[0011] 優(yōu)選地，目標(biāo)處所述一維探測激光的所述激光強(qiáng)度分布由所述線激光源及強(qiáng)度調(diào) 制模塊上預(yù)設(shè)的調(diào)制信息計算得到。
[0012] 優(yōu)選地，所述裝置還包括激光分束模塊W及一維光強(qiáng)探測模塊；
[0013] 所述激光分束模塊置于所述光束空間整形模塊、線掃描與發(fā)射模塊之間，用于對 所述光束空間整形模塊整形后的激光進(jìn)行分束，分束得到第一探測激光和第二探測激光， 所述第一探測激光通過所述線掃描與發(fā)射模塊，對目標(biāo)區(qū)域照明，所述第二探測激光被所 述一維光強(qiáng)探測模塊接收，得到所述第二探測激光的一維激光強(qiáng)度分布信息，并傳遞給所 述線掃圖像重構(gòu)模塊；所述線掃圖像重構(gòu)模塊根據(jù)所述第二探測激光的一維激光強(qiáng)度分布 信息計算得到目標(biāo)物體處對應(yīng)狹長條形探測激光的強(qiáng)度分布。
[0014] 優(yōu)選地，所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊的線激光源為線陣激光二極管、一維光纖 陣列或二維光源經(jīng)過單方向光斑尺寸壓縮得到的一維光源；
[0015] 所述線激光源的強(qiáng)度調(diào)制可通過電源直接調(diào)制，或通過聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器、 數(shù)字微鏡陣列DMD或液晶附娃LCOS等方式實(shí)現(xiàn)。
[0016] 優(yōu)選地，所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊為點(diǎn)探測器；所述點(diǎn)探測器是光電二極管、雪崩光電 二極管ATO或光電倍增管PMT中的一種，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述一維光強(qiáng)探測模 塊為線陣電荷禪合元件CCD或線陣互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS探測器。
[0017] 優(yōu)選地，所述線掃描與發(fā)射模塊中的線掃描元件為電控掃描元件，所述的電控掃 描元件為掃描振鏡或電光偏轉(zhuǎn)器件或聲光偏轉(zhuǎn)器件，用于控制光的出射方向；所述線掃描 與發(fā)射模塊中的發(fā)射元件包括透鏡組或反射鏡組或透鏡與反射鏡的組合，其中透鏡組為柱 面鏡、球面鏡、非球面鏡或柱面鏡、球面鏡、非球面鏡的任意組合；所述反射鏡組為柱面鏡、 球面鏡、非球面鏡或柱面鏡、球面鏡、非球面鏡的任意組合。
[0018] 優(yōu)選地，所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊發(fā)射連續(xù)激光或脈沖激光；
[0019] 對于所述脈沖激光，所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊探測到的特定時間的反射激光回波與所 述目標(biāo)處的所述一維探測激光的激光強(qiáng)度分布進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，實(shí)現(xiàn)距離選通。
[0020] 優(yōu)選地，所述線掃描與發(fā)射模塊的掃描方式是等間隔掃描或非等間隔抽樣掃描；
[0021] 所述非等間隔抽樣掃描通過快速抽樣掃描目標(biāo)的部分特征區(qū)域，可W快速識別目 標(biāo)。
[0022] 優(yōu)選地，所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊、光束空間整形模塊、線掃描與發(fā)射模塊、 回波收集模塊、光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊、線掃圖像重構(gòu)模塊W及圖像拼接模塊均設(shè)置于運(yùn)動平臺 上，通過所述運(yùn)動平臺的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的掃描。 陽02引 （S )有益效果
[0024] 本發(fā)明提供了一種線掃描成像裝置，本發(fā)明采用點(diǎn)探測方式，有效增加成像距 離；
[00巧]發(fā)射一維的調(diào)制激光照射目標(biāo)物體，可W實(shí)現(xiàn)用更少的采樣次數(shù)、更短的重建時 間獲得高質(zhì)量的目標(biāo)圖像，同時本發(fā)明可W降低對強(qiáng)度調(diào)制模塊、掃描與發(fā)射模塊W及圖 像重構(gòu)模塊的要求，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，增強(qiáng)了機(jī)動性；
[00%] 對于每次掃描，強(qiáng)度調(diào)制模塊上預(yù)設(shè)的調(diào)制信息可W重復(fù)利用，從而避免因生成 更多的調(diào)制信息降低調(diào)制速度，同時也可減少調(diào)制信息需要的存儲空間；
[0027] 采用脈沖激光器發(fā)射激光，結(jié)合距離選通，可W達(dá)到更高的信噪比；
[0028] 對于特定目標(biāo)，通過調(diào)節(jié)線掃描與發(fā)射模塊的預(yù)定規(guī)則，只抽樣掃描目標(biāo)的部分 特征區(qū)域，即可識別目標(biāo)，可W有效提高目標(biāo)識別速度。總之，本發(fā)明將線陣掃描式照明與 點(diǎn)探測相結(jié)合，降低了成像系統(tǒng)對回波強(qiáng)度的要求，因此可獲得更遠(yuǎn)的探測距離。同時，基 于一維圖像重構(gòu)算法，大幅減少圖像重構(gòu)時間，同時簡化調(diào)制信息的難度，可用于運(yùn)動物體 成像或快速運(yùn)動中對目標(biāo)的掃描成像。
【附圖說明】
[0029] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，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，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0030] 圖1為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例一的一種線掃描成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例二的一種線掃描成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例=的一種線掃描成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 陽03引圖4A、4B為非等間隔抽樣掃描示意圖；
[0034] 圖5為本發(fā)明的線掃描成像裝置與普通關(guān)聯(lián)成像裝置的成像質(zhì)量對比圖；
[0035] 圖6A、6B、6C為相同采樣次數(shù)時本發(fā)明的線掃描成像裝置與普通關(guān)聯(lián)成像裝置的 成像質(zhì)量對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。W下實(shí)施例用于說明本發(fā) 明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0037] 本發(fā)明公開了一種線掃描成像裝置，所述裝置包括線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1、光 束空間整形模塊2、線掃描與發(fā)射模塊3、回波收集模塊4、光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5、線掃圖像重構(gòu) 模塊6 W及圖像拼接模塊7;
[0038] 所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1生成強(qiáng)度隨機(jī)分布的一維探測激光，所述光束空 間整形模塊2用于將所述一維探測激光進(jìn)行空間整形，然后通過所述線掃描與發(fā)射模塊3 W狹長條形的探測激光對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明，并通過所述線掃描與發(fā)射模塊3的線掃描器 件實(shí)現(xiàn)視場范圍內(nèi)的線掃描，由目標(biāo)返回的信號由所述回波收集模塊4進(jìn)行收集，并利用 所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5進(jìn)行接收，所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5接收到的信號與目標(biāo)處所述一維 探測激光的激光強(qiáng)度分布通過所述線掃圖像重構(gòu)模塊6進(jìn)行關(guān)聯(lián)計算實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，形成對應(yīng) 于狹長條形探測激光的條狀成像結(jié)果，并由所述圖像拼接模塊7將所有的所述條狀成像結(jié) 果進(jìn)行拼接，得到目標(biāo)區(qū)域的成像。
[0039] 目標(biāo)處所述一維探測激光的所述激光強(qiáng)度分布由所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊I 上預(yù)設(shè)的調(diào)制信息計算得到。
[0040] 光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5接收到的回波光強(qiáng)信號用Ib表示，目標(biāo)處光強(qiáng)分布用Ig(X) 表示，X表示一維狹長條形光斑內(nèi)的不同位置，則對應(yīng)狹長條形探測激光的一維成像結(jié)果 G(X)通過下式的關(guān)聯(lián)計算得到 陽OW G(X)=化? Ia(X)〉-化〉〈Ia(X)〉
[0042] 其中，O表示多次采樣求平均值。沿掃描方向的各個一維成像G(X)拼接得到整 個目標(biāo)的成像結(jié)果G (X，y)。
[0043] 所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊的線激光源為線陣激光二極管、一維光纖陣列或二 維光源經(jīng)過單方向光斑尺寸壓縮得到的一維光源；所述線激光源的強(qiáng)度調(diào)制可通過電源 直接調(diào)制，或通過聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器、旋轉(zhuǎn)的毛玻璃、數(shù)字微鏡陣列DMD或液晶附娃 LCOS等方式實(shí)現(xiàn)。
[0044] 所述裝置還包括激光分束模塊8 W及一維光強(qiáng)探測模塊9 ;所述激光分束模塊8 置于所述光束空間整形模塊2、線掃描與發(fā)射模塊3之間，用于對所述光束空間整形模塊2 整形后的激光進(jìn)行分束，分束得到第一探測激光和第二探測激光，所述第一探測激光（分 束得到的大部分激光）通過所述線掃描與發(fā)射模塊3,對目標(biāo)區(qū)域照明，所述第二探測激光 被所述一維光強(qiáng)探測模塊9接收，得到所述第二探測激光（分束得到的小部分激光）的一 維激光強(qiáng)度分布信息，并傳遞給所述線掃圖像重構(gòu)模塊6 ;所述線掃圖像重構(gòu)模塊6根據(jù)所 述第二探測激光的一維激光強(qiáng)度分布信息計算得到目標(biāo)物體處對應(yīng)狹長條形的探測激光 的強(qiáng)度分布。
[0045] 所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5為點(diǎn)探測器；所述點(diǎn)探測器是光電二極管、雪崩光電二極 管ATO或光電倍增管PMT中的一種，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述一維光強(qiáng)探測模塊9 為線陣電荷禪合元件CCD或線陣互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS探測器。
[0046] 所述線掃描與發(fā)射模塊3中的線掃描元件為電控掃描元件，所述的電控掃描元件 為掃描振鏡或電光偏轉(zhuǎn)器件或聲光偏轉(zhuǎn)器件，用于控制光的出射方向；所述線掃描與發(fā)射 模塊3中的發(fā)射元件包括透鏡組或反射鏡組或透鏡與反射鏡的組合，其中透鏡組為柱面 鏡、球面鏡、非球面鏡或柱面鏡、球面鏡、非球面鏡的任意組合；所述反射鏡組為柱面鏡、球 面鏡、非球面鏡或柱面鏡、球面鏡、非球面鏡的任意組合。
[0047] 所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1發(fā)射連續(xù)激光或脈沖激光；對于所述脈沖激光， 所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5探測到的特定時間的反射激光回波與所述目標(biāo)處的所述一維探測 激光的激光強(qiáng)度分布進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，實(shí)現(xiàn)距離選通。
[0048] 所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1、光束空間整形模塊2、線掃描與發(fā)射模塊3、回波 收集模塊4、光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5、線掃圖像重構(gòu)模塊6 W及圖像拼接模塊7均可設(shè)置于運(yùn)動 平臺10上，通過所述運(yùn)動平臺10的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的掃描。所述線掃描與發(fā)射模塊 3可不包括電控掃描元件。 陽049] 實(shí)施例一
[0050] 圖1為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例一的一種線掃描成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括 線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1、光束空間整形模塊2、線掃描與發(fā)射模塊3、回波收集模塊4、光 強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5、線掃圖像重構(gòu)模塊6 W及圖像拼接模塊7。
[0051] 線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊I生成強(qiáng)度隨機(jī)分布的一維探測激光，光束空間整形模 塊2用于將一維探測激光進(jìn)行空間整形，然后通過線掃描與發(fā)射模塊3 W狹長條形的探測 激光對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明，并通過其中的線掃描器件實(shí)現(xiàn)視場范圍內(nèi)的線掃描，由目標(biāo)返 回的信號由回波收集模塊4進(jìn)行收集，并利用光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5進(jìn)行接收，接收到的點(diǎn)探測 信號與目標(biāo)處光強(qiáng)分布通過線掃圖像重構(gòu)模塊6進(jìn)行關(guān)聯(lián)計算實(shí)現(xiàn)重構(gòu)，并由圖像拼接模 塊7將所有條狀成像結(jié)果進(jìn)行拼接，得到目標(biāo)區(qū)域的成像。
[0052] 光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5接收到的回波光強(qiáng)信號用Ib表示，目標(biāo)處光強(qiáng)分布用Ig(X) 表示，X表示一維狹長條形光斑內(nèi)的不同位置，則對應(yīng)狹長條形探測激光的一維成像結(jié)果 G(X)通過下式的關(guān)聯(lián)計算得到 陽05引 G(X)=化? Ia(X)〉-化〉〈Ia(X)〉
[0054] 其中，O表示多次采樣求平均值。沿掃描方向的各個一維成像G(X)拼接得到整 個目標(biāo)的成像結(jié)果G (X，y)。 陽化5] 線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1由線陣激光二極管LD構(gòu)成，通過電源直接控制各個LD 的發(fā)光強(qiáng)度，生成強(qiáng)度隨機(jī)分布的一維探測激光。光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5由雪崩光電二極管APD 及其配套電路構(gòu)成，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。掃描與發(fā)射模塊3中的線掃描元件為聲 光偏轉(zhuǎn)器，用于控制光的出射方向，發(fā)射元件由發(fā)射透鏡組構(gòu)成。
[0056] 線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1發(fā)射脈沖激光，光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5探測到的特定時間 的反射激光回波與所述目標(biāo)物體處的探測激光的激光強(qiáng)度分布進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，實(shí)現(xiàn)距離選 通。目標(biāo)物體處的探測激光的激光強(qiáng)度分布由線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1上預(yù)設(shè)的調(diào)制信 息計算得到，該強(qiáng)度分布與光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5探測到的特定時間的反射激光回波進(jìn)行關(guān)聯(lián) 計算，得到對應(yīng)狹長條形區(qū)域的目標(biāo)成像結(jié)果。對于每次掃描，線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1 上預(yù)設(shè)的調(diào)制信息可W重復(fù)利用，從而加快調(diào)制速度，并減少調(diào)制信息需要的存儲空間。
[0057] 實(shí)施例二
[0058] 圖2為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例二的一種線掃描成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。與實(shí)施 例1的區(qū)別在于，增加激光分束模塊8 W及一維光強(qiáng)探測模塊9。激光分束模塊8用于對探 測激光進(jìn)行分束，大部分激光用于對目標(biāo)區(qū)域照明，小部分激光被一維光強(qiáng)探測模塊9接 收，得到光強(qiáng)調(diào)制的一維分布信息，并傳遞給所述線掃圖像重構(gòu)模塊6;線掃圖像重構(gòu)模塊 6由該光強(qiáng)一維分布信息計算得到目標(biāo)物體處對應(yīng)狹長條形區(qū)域的探測激光的激光強(qiáng)度分 布。
[0059] 線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1由激光光源和數(shù)字微鏡陣列DMD構(gòu)成，通過單方向光 斑尺寸壓縮得到強(qiáng)度隨機(jī)分布的一維探測激光。光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊5由光電倍增管PMT及其 配套電路構(gòu)成，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。掃描與發(fā)射模塊3中的線掃描元件為電光偏 轉(zhuǎn)器，用于控制光的出射方向，發(fā)射元件由發(fā)射透鏡和反射鏡構(gòu)成。 W60] 實(shí)施例S
[0061] 圖3為本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例=的一種線掃描成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。線激光 源及強(qiáng)度調(diào)制模塊1、光束空間整形模塊2、發(fā)射模塊3、回波收集模塊4、光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊 5、線掃圖像重構(gòu)模塊6 W及圖像拼接模塊7安裝在運(yùn)動平臺10上，隨運(yùn)動平臺一同運(yùn)動。 發(fā)射模塊3不包含掃描元件。通過運(yùn)動平臺10的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)發(fā)射激光光束的掃描，條形光束 掃描覆蓋整個成像區(qū)域，各個狹長條形區(qū)域成像結(jié)果拼接得到最終成像結(jié)果。對于每次掃 描，線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊I上預(yù)設(shè)的調(diào)制信息可W重復(fù)利用，從而加快調(diào)制速度，并減 少調(diào)制信息需要的存儲空間。
[0062] 圖4A、4B為非等間隔抽樣掃描示意圖；圖4A為目標(biāo)原圖像，圖4B為非等間隔抽樣 掃描效果示意圖?？梢?，采用非等間隔抽樣掃描，只掃描整個目標(biāo)的部分區(qū)域，也可W識別 目標(biāo)。運(yùn)種方法的優(yōu)勢在于，可W減少目標(biāo)識別需要的掃描次數(shù)，從而提高成像速度。
[0063] 圖5為本發(fā)明的線掃描成像裝置與普通關(guān)聯(lián)成像裝置的成像質(zhì)量對比圖；圖5橫 軸為總的采樣次數(shù)，縱軸為成像質(zhì)量，圓圈標(biāo)示的曲線為本發(fā)明的線掃描成像裝置對應(yīng)的 采樣次數(shù)-成像質(zhì)量曲線，方塊標(biāo)示的曲線為普通關(guān)聯(lián)成像裝置對應(yīng)的采樣次數(shù)-成像質(zhì) 量曲線。其中，成像質(zhì)量用成像結(jié)果與目標(biāo)圖像的相關(guān)系數(shù)表示，相關(guān)系數(shù)位于0~1之間， 越接近1，表示成像結(jié)果與目標(biāo)圖像越接近，則成像效果越好。相關(guān)系數(shù)R為：
[0064]
W65] 其中f (X，y)、g(x，y)分別為兩幅圖像中坐標(biāo)為（X，y)的像素的灰度值，/、f分 別為兩幅圖像的灰度均值，m、n分別為圖像在長度和寬度方向的像素個數(shù)。根據(jù)圖5可見， 相同的采樣次數(shù)，本發(fā)明的線掃描成像裝置可W獲得比普通關(guān)聯(lián)成像裝置好得多的成像質(zhì) 量；相同的成像質(zhì)量，本發(fā)明的線掃描成像裝置需要的采樣次數(shù)比普通關(guān)聯(lián)成像裝置少得 多。關(guān)聯(lián)計算的時間一般與總的采樣次數(shù)成正比，本發(fā)明的線掃描成像裝置可W用較少的 采樣次數(shù)獲得高質(zhì)量的成像結(jié)果，意味著關(guān)聯(lián)計算時間可W大大縮減。W圖5中的數(shù)據(jù)為 例，對于同樣的成像質(zhì)量R = 0. 7,本發(fā)明的線掃描成像裝置需要采樣700次，普通計算機(jī) 計算時間約0. 267秒；普通關(guān)聯(lián)成像裝置需要采樣次數(shù)160000次，同一計算機(jī)計算時間約 31. 213秒?？梢?，本發(fā)明的線掃描成像裝置的成像速度可W達(dá)到普通關(guān)聯(lián)成像方法的百倍 W上。
[0066] 圖6A、6B、6C為相同采樣次數(shù)時本發(fā)明的線掃描成像裝置與普通關(guān)聯(lián)成像裝置的 成像質(zhì)量對比圖。圖6A為目標(biāo)原圖像，圖6B為總采樣次數(shù)8000次時本發(fā)明的線掃描成像 裝置成像結(jié)果，其與目標(biāo)原圖像的相關(guān)系數(shù)為R = 0. 91，目測成像效果與目標(biāo)原圖像已十 分接近；圖6C為總采樣次數(shù)8000次時普通關(guān)聯(lián)成像的成像結(jié)果，其與目標(biāo)原圖像的相關(guān)系 數(shù)為R = 0. 20,目測成像效果非常模糊。根據(jù)相關(guān)系數(shù)與目測效果，相同的采樣次數(shù)下，本 發(fā)明的線掃描成像裝置可W獲得比普通關(guān)聯(lián)裝置好得多的成像效果。
[0067] W上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、 修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種線掃描成像裝置，其特征在于，所述裝置包括線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊（1)、光 束空間整形模塊（2)、線掃描與發(fā)射模塊（3)、回波收集模塊（4)、光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊（5)、線掃 圖像重構(gòu)模塊（6)以及圖像拼接模塊（7); 所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊（1)生成強(qiáng)度隨機(jī)分布的一維探測激光，所述光束空 間整形模塊（2)用于將所述一維探測激光進(jìn)行空間整形，然后通過所述線掃描與發(fā)射模 塊（3)以狹長條形的探測激光對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行照明，并通過所述線掃描與發(fā)射模塊（3)的 線掃描器件實(shí)現(xiàn)視場范圍內(nèi)的線掃描，由目標(biāo)返回的信號由所述回波收集模塊（4)進(jìn)行收 集，并利用所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊（5)進(jìn)行接收，所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊（5)接收到的信號與目 標(biāo)處所述一維探測激光的激光強(qiáng)度分布通過所述線掃圖像重構(gòu)模塊（6)進(jìn)行關(guān)聯(lián)計算實(shí) 現(xiàn)重構(gòu)，形成對應(yīng)于狹長條形探測激光的條狀成像結(jié)果，并由所述圖像拼接模塊（7)將所 有的所述條狀成像結(jié)果進(jìn)行拼接，得到目標(biāo)區(qū)域的成像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，目標(biāo)處所述一維探測激光的所述激光強(qiáng) 度分布由所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊（1)上預(yù)設(shè)的調(diào)制信息計算得到。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括激光分束模塊（8)以及一 維光強(qiáng)探測模塊（9); 所述激光分束模塊（8)置于所述光束空間整形模塊（2)、線掃描與發(fā)射模塊（3)之間， 用于對所述光束空間整形模塊（2)整形后的激光進(jìn)行分束，分束得到第一探測激光和第二 探測激光，所述第一探測激光通過所述線掃描與發(fā)射模塊（3)，對目標(biāo)區(qū)域照明，所述第二 探測激光被所述一維光強(qiáng)探測模塊（9)接收，得到所述第二探測激光的一維激光強(qiáng)度分布 信息，并傳遞給所述線掃圖像重構(gòu)模塊（6);所述線掃圖像重構(gòu)模塊（6)根據(jù)所述第二探測 激光的一維激光強(qiáng)度分布信息計算得到目標(biāo)物體處對應(yīng)狹長條形探測激光的強(qiáng)度分布。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊（5)為點(diǎn)探測器； 所述點(diǎn)探測器是光電二極管、雪崩光電二極管AH)或光電倍增管PMT中的一種，用于將 光信號轉(zhuǎn)換為電信號； 所述一維光強(qiáng)探測模塊（9)為線陣電荷耦合元件CCD或線陣互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 CMOS探測器。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模 塊（1)的線激光源為線陣激光二極管、一維光纖陣列或二維光源經(jīng)過單方向光斑尺寸壓縮 得到的一維光源； 所述線激光源的強(qiáng)度調(diào)制可通過電源直接調(diào)制，或通過聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器、數(shù)字 微鏡陣列DMD或液晶附硅LC0S進(jìn)行調(diào)制。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述線掃描與發(fā)射模塊（3)中 的線掃描元件為電控掃描元件，所述電控掃描元件為掃描振鏡或電光偏轉(zhuǎn)器件或聲光偏轉(zhuǎn) 器件，用于控制光的出射方向； 所述線掃描與發(fā)射模塊（3)中的發(fā)射元件包括透鏡組或反射鏡組或透鏡與反射鏡的 組合，其中透鏡組為柱面鏡、球面鏡、非球面鏡或柱面鏡、球面鏡、非球面鏡的任意組合； 所述反射鏡組為柱面鏡、球面鏡、非球面鏡或柱面鏡、球面鏡、非球面鏡的任意組合。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模塊 (1)發(fā)射連續(xù)激光或脈沖激光； 對于所述脈沖激光，所述光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊（5)探測到的特定時間的反射激光回波與所 述目標(biāo)處的所述一維探測激光的激光強(qiáng)度分布進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，實(shí)現(xiàn)距離選通。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述線掃描與發(fā)射模塊（3)的 掃描方式是等間隔掃描或非等間隔抽樣掃描； 所述非等間隔抽樣掃描通過快速抽樣掃描目標(biāo)的部分特征區(qū)域，可以快速識別目標(biāo)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述線激光源及強(qiáng)度調(diào)制模 塊（1)、光束空間整形模塊（2)、線掃描與發(fā)射模塊（3)、回波收集模塊（4)、光強(qiáng)點(diǎn)探測模塊 (5)、線掃圖像重構(gòu)模塊（6)以及圖像拼接模塊（7)均設(shè)置于運(yùn)動平臺（10)上，通過所述運(yùn) 動平臺的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的掃描。
【文檔編號】G01S17/89GK105988123SQ201510080990
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月13日
【發(fā)明人】楊晶, 趙巍, 許祖彥, 彭欽軍, 張騰飛
【申請人】中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所