一種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及單像素激光成像雷達領域，具體是一種實現單像素激光成像雷達縱向 超分辨率成像的方法。
【背景技術】
[0002] 目前，人們為了探測獲取目標物體圖像信息，經常采用面陣CXD探測器。而在某些 波段面陣CCD探測器量子效率低，且造價昂貴。在面陣CCD成像系統發展的同時，一種基于 單像素探測器且無掃描裝置的成像系統受到了人們的關注，本文稱之為單像素激光成像雷 達。該系統可以克服CCD探測器的不足，在某些成像波段具有成本和高成像質量的優勢。在 利用該系統進行三維成像時，不考慮激光脈沖脈寬，目標物體圖像的縱向分辨率受單像素 探測器和采集系統響應頻率的限制。而目標物體高精度縱向分辨率圖像含有豐富的信息， 在目標探測、識別及追蹤等領域有很大的應用需求。為了獲取目標物體高分辨率縱向圖像， 常采用的方法是使用高性能的單像素探測器和高采樣率的采集系統。但這樣做會增加系統 成本，且探測信號的信噪比會降低導致成像質量下降，這制約了該成像系統的應用。因此需 要設計一種方法在不改變系統硬件水平的情況下克服采樣率的限制，獲取目標物體超越系 統縱向分辨率圖像。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法，以克服 現有單像素激光成像雷達系統采樣率的限制。
[0004] 為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：
[0005] -種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法，單像素成像雷達系統的特征 在于：包括延時脈沖發生控制器、脈沖激光器、單像素探測與數據采集單元、具有聚焦作用 的光學接收系統，所述脈沖激光器的控制端接入延時脈沖發生控制器，脈沖激光器的出射 光路上依次設置有光束均勻擴束器、光調制器，所述單像素探測與數據采集單元的光電探 測面放置在光學接收系統的焦點處，單像素探測與數據采集單元的時序控制端接入延時脈 沖發生控制器；
[0006] 延時脈沖發生控制器控制脈沖激光器發射脈沖激光，脈沖激光器發射的脈沖激光 經過光束均勻擴束器進行光強均勻和擴束后進入光路中，之后光束經光調制器調制后具有 特定的二值分布，最后照射目標物體；目標物體的反射光經光學接收系統聚焦后，由單像素 探測與數據采集單元獲取目標物體光強反射回波信號。
[0007] 所述的一種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法，其特征在于：脈沖激 光器能發射窄脈沖寬度的光束且具有同步信號輸出功能。
[0008] 所述的一種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法，其特征在于：光調制 器具有外部觸發和調制信號可控的功能。
[0009] 所述的一種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法，其特征在于：單像素 探測與數據采集單元具有較小的觸發延時抖動。
[0010] 所述的一種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法，其特征在于：延時脈 沖發生控制器能發出脈寬可控和高精度時間延遲脈沖觸發信號。
[0011] -種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像方法，其特征在于：產生具有相同二 值分布的光脈沖來照射目標物體，每次采集過程中延時脈沖發生控制器對單像素探測與數 據采集單元依次施加不同延時的脈沖觸發信號，并保證有足夠大的脈寬可以接收到整個物 體回波信號，此時采集的信號可以認為是由采集系統分辨率決定的低分辨率回波信號；
[0012] 由采集的延時低分辨率回波信號數據組，利用權重相加的方法來獲取高分辨回波 信號的距離權重信息和，而此高分辨回波信號的權重信息和為進行縱向超分辨率成像提供 了必要條件；
[0013] 循環進行光束隨機二值調制和反射信號的采集，獲取多組二值調制信息、非延時 回波信號和及高分辨回波信號的權重信息和；
[0014] 利用保存的三組信息，采用壓縮感知算法可以獲取物體的反射率信息和超分辨率 距離-反射率信息；
[0015] 最后采用超分辨率距離-反射率信息除以反射率信息來獲取目標物體縱向超分 辨率圖像。
[0016] 本發明的優點是：本發明可以在原有縱向低分辨率單像素激光成像雷達系統的基 礎上，不改變或者增加系統硬件，通過控制系統施加時間延時來實現縱向超分辨率成像，在 高分辨成像領域具有廣泛的應用價值。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的結構示意圖。
[0018] 圖2為m個具有相同二值分布脈沖激光回波信號的延時觸發采集示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 如圖1所示，一種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法，其裝置包括脈 沖激光器1、光束均勻擴束器2、光調制器3、光學接收系統4、單像素探測與數據采集單元5、 延時脈沖發生控制器6 ;
[0020] 脈沖激光器1發出脈沖激光，經光束均勻擴束器2調制后具有較大的截面分布，且 光強分布均勾；
[0021] 經光束均勻擴束器2后的光束照射到光調制器3上，調制后的光束具有隨機二值 分布，然后調制光束照射目標物體；
[0022] 目標物體反射光經光學接收系統4聚焦到單像素探測與數據采集單元5的光電探 測面上獲取反射回波信號；
[0023] 延時脈沖發生控制器6控制延時脈沖觸發信號來控制激光器1和單像素探測與數 據采集單元5的工作時序關系；
[0024] -種實現單像素激光雷達縱向超分辨率成像的方法，產生多個具有相同二值分布 的光脈沖來照射目標物體，對這多個脈沖激光的目標物體回波信號進行不同時間延時采 集，完成一組低分辨回波信號數據的采集；
[0025] 由采集的延時低分辨率回波信號數據組，利用權重相加的方法來獲取高分辨回波 信號的距離權重信息和，而此高分辨回波信號的權重信息和為進行縱向超分辨率成像提供 了必要條件；
[0026] 循環進行光束隨機二值調制和反射信號的采集，獲取不同二值調制信號下的高分 辨回波信號，分別保存多組二值調制信息、非延時回波信號和及高分辨回波信號的權重信 息和；
[0027] 利用保存的三組信息，采用壓縮感知算法可以獲取物體的反射率信息和超分辨率 距離-反射率信息；
[0028] 最后采用超分辨率距離-反射率信息除以反射率信息來獲取目標物體縱向超分 辨率圖像。
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