一種照明掃描疊加成像系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及成像系統領域，具體而言，涉及一種照明掃描疊加成像系統及方法。
【背景技術】
[0002]脈沖激光從激光器窗口輸出后，在不同距離反射(或散射)回來的光脈沖時刻是不同的，通過在接收端采用一個高速的快門控制只接收某個距離返回的激光脈沖，其他無關的光則被阻擋在外，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某一距離的目標進行成像，照明光傳播光路上其他不同距離的返回光無法進入接收系統成像，所以該技術有非常強的環境光抑制能力能有效突出待觀測目標，在水下目標成像、激光雷達等應用方面能夠發揮極大的作用。
[0004]在岸基上使用掠入射距離選通成像技術探測水下目標時，脈沖激光入射角度很小，當脈沖激光擴束為圓形光斑時，在水面會形成一個橢圓形照明區域，橢圓的長軸在縱深方向上。當采用某一固定選通距離時，距離接收端較近的區域對應的選通深度遠大于距離接收端較遠的區域。由于水體的衰減，返回光強度隨探測深度增加而成指數衰減，要同時獲得較淺區域和較深區域的返回光，現有探測器的動態范圍無法滿足同時測量較深區域和較淺區域返回光的要求。而且較淺區域特別是水面散射光會影響較深區域目標的散射回光，導致無法準確識別目標。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種照明掃描疊加成像系統及方法，以有效提高現有的水下目標物的成像質量。
[0006]第一方面，本發明提供的一種照明掃描疊加成像系統，包括:脈沖激光器、擴束掃描組件、激光接收器和成像裝置，所述激光接收器設置在所述擴束掃描組件發射的激光經目標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束掃描組件耦合；
[0007]所述脈沖激光器將多個激光脈沖按照預設發射間隔依次發射，發射出的每個激光脈沖經所述擴束掃描組件降低線寬后按照預設掃描間隔依次調整出射的角度，所述預設發射間隔的起始時間比所述預設掃描間隔的起始時間延遲第一預設時間；
[0008]由所述擴束掃描組件射出的每個激光脈沖分別經所述目標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設選通間隔依次接收，所述激光接收器將接收到的每個激光脈沖輸入所述成像裝置中，所述成像裝置將在預設曝光時間內接收到的多個激光脈沖形成圖像。
[0009]結合第一方面，本發明實施例還提供了第一方面的第一種可能實施方式，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設發射間隔控制所述脈沖激光器將多個激光脈沖依次發射，按照所述預設掃描間隔控制所述擴束掃描組件將接收到的每個激光脈沖調整出射的角度，按照預設選通間隔控制所述激光接收器依次接收經所述目標物的沿縱向方向的不同部位反射后的激光脈沖，以及按照預設曝光時間控制所述成像裝置的開啟。
[0011]結合第一方面的第一種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第二種可能實施方式，其中，所述擴束掃描組件包括:移動平臺和由像側到物側依次同軸設置的第一透鏡、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，經所述第一透鏡的焦點射入所述第二透鏡，經所述第二透鏡的會聚后射入所述第三透鏡，再由所述第三透鏡的會聚射向所述目標物；
[0012]所述同步控制裝置與所述移動平臺耦合，所述同步控制裝置用于按照預設掃描間隔控制所述移動平臺，以帶動所述第二透鏡沿所述水平軸水平移動，使所述激光脈沖經所述第二透鏡的會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激光脈沖的角度按照所述預設掃描間隔沿縱向方向依次調整。
[0013]結合第一方面或第一方面的第一種可能實施方式或第二種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第三種可能實施方式，其中，所述第一預設時間不小于所述擴束掃描組件完成一次所述調整所需的時間。
[0014]結合第一方面的第三種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第四種可能實施方式，其中，所述預設選通間隔的起始時間比所述預設發射間隔的起始時間延遲第二預設時間。
[0015]結合第一方面的第四種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第五種可能實施方式，其中，所述預設曝光時間的起始時間早于所述預設掃描間隔的起始時間，所述預設曝光時間的結束時間晚于所述預設選通間隔的結束時間。
[0016]結合第一方面的第五種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第六種可能實施方式，其中，所述第二預設時間根據所述激光脈沖在當前傳播介質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物之間的路徑和所述目標物與所述激光接收器之間的路徑之和。
[0017]第二方面，本發明實施例還提供了一種照明掃描疊加成像方法，應用于照明掃描疊加成像系統，所述系統包括:脈沖激光器、擴束掃描組件、激光接收器和成像裝置，所述激光接收器設置在所述擴束掃描組件發射的激光經目標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束掃描組件耦合，所述方法包括:
[0018]所述脈沖激光器將多個激光脈沖按照預設發射間隔依次發射；
[0019]所述擴束掃描組件將射入所述擴束掃描組件的多個激光脈沖降低線寬后按照預設掃描間隔依次調整角度后射出，所述預設發射間隔的起始時間比所述預設掃描間隔的起始時間延遲第一預設時間；
[0020]所述激光接收器按照預設選通間隔依次接收經所述目標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設曝光時間內接收到的多個激光脈沖形成圖像。
[0022]結合第二方面，本發明實施例還提供了第二方面的第一種可能實施方式，其中，所述預設選通間隔的起始時間比所述預設發射間隔的起始時間延遲第二預設時間。
[0023]結合第二方面的第一種可能實施方式，本發明實施例還提供了第一方面的第二種可能實施方式，其中，所述第二預設時間根據所述激光脈沖在當前傳播介質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物之間的路徑和所述目標物與所述激光接收器之間的路徑之和。
[0024]本發明實施例，通過所述擴束掃描組件將所述脈沖激光器按照預設發射間隔依次發射的激光脈沖按照預先設定的掃描間隔一個一個改變射向目標物的光線的角度，使多個光束沿目標物的縱向方向上依次掃描目標物，每個光線照射目標物的縱向方向上的某個部位，所述激光接收器依次接收每個激光后，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物的圖像。
[0025]現有技術的水下目標物成像系統中，由激光器射出的激光光束照射水下目標，當激光光束以一定的角度入射水下時，在水面上會展開成一個橢圓形的照明區域，以橢圓光斑的長軸為縱深方向，則長軸的兩個端一端離成像系統的接收端較近，另一端離成像系統的接收端較遠，當采用某一個固定的選通距離時，距離成像系統的接收端較近的選通深度遠大于距離成像系統的接收端較遠的選通深度，導致返回光強度不一致。
[0026]與現有技術的水下目標物成像系統相比，本發明實施例，通過擴束掃描組件將脈沖激光器發出的圓形激光束擴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時，從而導致每個線光束在水面上形成的橢圓光斑的長軸得到大幅度減小，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端與成像裝置的距離，有效避免固定選通距離下近端與遠端選通深度不一致的問題。
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