一種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及單像素激光成像雷達(dá)領(lǐng)域，具體是一種實(shí)現(xiàn)單像素激光成像雷達(dá)縱向 超分辨率成像的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，人們?yōu)榱颂綔y(cè)獲取目標(biāo)物體圖像信息，經(jīng)常采用面陣CXD探測(cè)器。而在某些 波段面陣CCD探測(cè)器量子效率低，且造價(jià)昂貴。在面陣CCD成像系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí)，一種基于 單像素探測(cè)器且無(wú)掃描裝置的成像系統(tǒng)受到了人們的關(guān)注，本文稱(chēng)之為單像素激光成像雷 達(dá)。該系統(tǒng)可以克服CCD探測(cè)器的不足，在某些成像波段具有成本和高成像質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)。在 利用該系統(tǒng)進(jìn)行三維成像時(shí)，不考慮激光脈沖脈寬，目標(biāo)物體圖像的縱向分辨率受單像素 探測(cè)器和采集系統(tǒng)響應(yīng)頻率的限制。而目標(biāo)物體高精度縱向分辨率圖像含有豐富的信息， 在目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別及追蹤等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用需求。為了獲取目標(biāo)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(cè)器和高采樣率的采集系統(tǒng)。但這樣做會(huì)增加系統(tǒng) 成本，且探測(cè)信號(hào)的信噪比會(huì)降低導(dǎo)致成像質(zhì)量下降，這制約了該成像系統(tǒng)的應(yīng)用。因此需 要設(shè)計(jì)一種方法在不改變系統(tǒng)硬件水平的情況下克服采樣率的限制，獲取目標(biāo)物體超越系 統(tǒng)縱向分辨率圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像的方法，以克服 現(xiàn)有單像素激光成像雷達(dá)系統(tǒng)采樣率的限制。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像的方法，單像素成像雷達(dá)系統(tǒng)的特征 在于：包括延時(shí)脈沖發(fā)生控制器、脈沖激光器、單像素探測(cè)與數(shù)據(jù)采集單元、具有聚焦作用 的光學(xué)接收系統(tǒng)，所述脈沖激光器的控制端接入延時(shí)脈沖發(fā)生控制器，脈沖激光器的出射 光路上依次設(shè)置有光束均勻擴(kuò)束器、光調(diào)制器，所述單像素探測(cè)與數(shù)據(jù)采集單元的光電探 測(cè)面放置在光學(xué)接收系統(tǒng)的焦點(diǎn)處，單像素探測(cè)與數(shù)據(jù)采集單元的時(shí)序控制端接入延時(shí)脈 沖發(fā)生控制器；
[0006] 延時(shí)脈沖發(fā)生控制器控制脈沖激光器發(fā)射脈沖激光，脈沖激光器發(fā)射的脈沖激光 經(jīng)過(guò)光束均勻擴(kuò)束器進(jìn)行光強(qiáng)均勻和擴(kuò)束后進(jìn)入光路中，之后光束經(jīng)光調(diào)制器調(diào)制后具有 特定的二值分布，最后照射目標(biāo)物體；目標(biāo)物體的反射光經(jīng)光學(xué)接收系統(tǒng)聚焦后，由單像素 探測(cè)與數(shù)據(jù)采集單元獲取目標(biāo)物體光強(qiáng)反射回波信號(hào)。
[0007] 所述的一種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像的方法，其特征在于：脈沖激 光器能發(fā)射窄脈沖寬度的光束且具有同步信號(hào)輸出功能。
[0008] 所述的一種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像的方法，其特征在于：光調(diào)制 器具有外部觸發(fā)和調(diào)制信號(hào)可控的功能。
[0009] 所述的一種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像的方法，其特征在于：?jiǎn)蜗袼?探測(cè)與數(shù)據(jù)采集單元具有較小的觸發(fā)延時(shí)抖動(dòng)。
[0010] 所述的一種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像的方法，其特征在于：延時(shí)脈 沖發(fā)生控制器能發(fā)出脈寬可控和高精度時(shí)間延遲脈沖觸發(fā)信號(hào)。
[0011] -種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像方法，其特征在于：產(chǎn)生具有相同二 值分布的光脈沖來(lái)照射目標(biāo)物體，每次采集過(guò)程中延時(shí)脈沖發(fā)生控制器對(duì)單像素探測(cè)與數(shù) 據(jù)采集單元依次施加不同延時(shí)的脈沖觸發(fā)信號(hào)，并保證有足夠大的脈寬可以接收到整個(gè)物 體回波信號(hào)，此時(shí)采集的信號(hào)可以認(rèn)為是由采集系統(tǒng)分辨率決定的低分辨率回波信號(hào)；
[0012] 由采集的延時(shí)低分辨率回波信號(hào)數(shù)據(jù)組，利用權(quán)重相加的方法來(lái)獲取高分辨回波 信號(hào)的距離權(quán)重信息和，而此高分辨回波信號(hào)的權(quán)重信息和為進(jìn)行縱向超分辨率成像提供 了必要條件；
[0013] 循環(huán)進(jìn)行光束隨機(jī)二值調(diào)制和反射信號(hào)的采集，獲取多組二值調(diào)制信息、非延時(shí) 回波信號(hào)和及高分辨回波信號(hào)的權(quán)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(lái)獲取目標(biāo)物體縱向超分 辨率圖像。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明可以在原有縱向低分辨率單像素激光成像雷達(dá)系統(tǒng)的基 礎(chǔ)上，不改變或者增加系統(tǒng)硬件，通過(guò)控制系統(tǒng)施加時(shí)間延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)縱向超分辨率成像，在 高分辨成像領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2為m個(gè)具有相同二值分布脈沖激光回波信號(hào)的延時(shí)觸發(fā)采集示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)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(kuò)束器2、光調(diào)制器3、光學(xué)接收系統(tǒng)4、單像素探測(cè)與數(shù)據(jù)采集單元5、 延時(shí)脈沖發(fā)生控制器6 ;
[0020] 脈沖激光器1發(fā)出脈沖激光，經(jīng)光束均勻擴(kuò)束器2調(diào)制后具有較大的截面分布，且 光強(qiáng)分布均勾；
[0021] 經(jīng)光束均勻擴(kuò)束器2后的光束照射到光調(diào)制器3上，調(diào)制后的光束具有隨機(jī)二值 分布，然后調(diào)制光束照射目標(biāo)物體；
[0022] 目標(biāo)物體反射光經(jīng)光學(xué)接收系統(tǒng)4聚焦到單像素探測(cè)與數(shù)據(jù)采集單元5的光電探 測(cè)面上獲取反射回波信號(hào)；
[0023] 延時(shí)脈沖發(fā)生控制器6控制延時(shí)脈沖觸發(fā)信號(hào)來(lái)控制激光器1和單像素探測(cè)與數(shù) 據(jù)采集單元5的工作時(shí)序關(guān)系；
[0024] -種實(shí)現(xiàn)單像素激光雷達(dá)縱向超分辨率成像的方法，產(chǎn)生多個(gè)具有相同二值分布 的光脈沖來(lái)照射目標(biāo)物體，對(duì)這多個(gè)脈沖激光的目標(biāo)物體回波信號(hào)進(jìn)行不同時(shí)間延時(shí)采 集，完成一組低分辨回波信號(hào)數(shù)據(jù)的采集；
[0025] 由采集的延時(shí)低分辨率回波信號(hào)數(shù)據(jù)組，利用權(quán)重相加的方法來(lái)獲取高分辨回波 信號(hào)的距離權(quán)重信息和，而此高分辨回波信號(hào)的權(quán)重信息和為進(jìn)行縱向超分辨率成像提供 了必要條件；
[0026] 循環(huán)進(jìn)行光束隨機(jī)二值調(diào)制和反射信號(hào)的采集，獲取不同二值調(diào)制信號(hào)下的高分 辨回波信號(hào)，分別保存多組二值調(diào)制信息、非延時(shí)回波信號(hào)和及高分辨回波信號(hào)的權(quán)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(lái)獲取目標(biāo)物體縱向超分 辨率圖像。
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