一種多脈沖距離選通成像系統(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，涉及一種多脈沖距離選通成像系統(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)回來的光脈沖時(shí)刻是不同的，通過在接收端采用一個(gè)高速的快門控制只接收某個(gè)距離返回的激光脈沖，其他無關(guān)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(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]現(xiàn)有的距離選通成像系統(tǒng)，包括:脈沖激光器、ICO) (Intensified chargecoupled device，增強(qiáng)電荷耦合器件)相機(jī)和同步控制裝置，同步控制裝置分別為脈沖激光器和ICCD相機(jī)提供不同的控制信號(hào)，例如輸出一個(gè)控制脈沖給脈沖激光器使脈沖激光器輸出一個(gè)脈沖，所發(fā)出的激光脈沖經(jīng)成像物體反射后，射向ICCD相機(jī)，此時(shí)，同步控制裝置控制所述ICCD相機(jī)的快門打開，則所述ICCD相機(jī)開啟曝光，將接收到的激光脈沖形成圖像。為了避免相機(jī)在持續(xù)曝光的時(shí)間內(nèi)，接收到外界的干擾光，所述ICCD相機(jī)開啟曝光的時(shí)間很短，在接收到一次激光脈沖后，曝光就結(jié)束了，因此，現(xiàn)有的距離選通成像系統(tǒng)在所述ICCD相機(jī)的一次曝光時(shí)間內(nèi)只接收一束激光脈沖。
[0005]當(dāng)在傳播介質(zhì)對(duì)激光的損耗較大的環(huán)境下，例如，在水下時(shí)，激光脈沖在傳播過程中的衰減很大，即隨著傳播路徑的增大而成指數(shù)增大，所以在傳播路徑達(dá)到一定值后，距離選通成像系統(tǒng)的相機(jī)接收到的經(jīng)物體反射后的激光脈沖的信號(hào)十分微弱，造成成像的質(zhì)量非常低。
[0006]采用現(xiàn)有的距離選通成像系統(tǒng)要獲得有效的選通圖像，只能提高照明激光的光能量，但很多情況下脈沖激光單脈沖光能量不能無限制的提高。這就限制了該技術(shù)獲得更高的選通距離和圖像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種多脈沖距離選通成像系統(tǒng)及方法，以有效提高距離選通成像的圖像質(zhì)量。
[0008]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多脈沖距離選通成像系統(tǒng)，包括:脈沖激光器、激光接收器和成像裝置，所述激光接收器與所述成像裝置耦合，所述激光接收器設(shè)置在所述脈沖激光器發(fā)射的激光脈沖經(jīng)成像物體反射后的光路上；
[0009]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)所述成像物體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。
[0010]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供給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、所述激光接收器和所述成像裝置耦合；
[0011]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發(fā)射多個(gè)激光脈沖，按照所述預(yù)設(shè)選通間隔控制所述激光接收器接收多個(gè)經(jīng)所述成像物體反射后的激光脈沖，以及按照所述預(yù)設(shè)曝光時(shí)間控制所述成像裝置的開啟。
[0012]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)間延后一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間值。
[0013]結(jié)合第一方面的第二種可能實(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，所述預(yù)設(shè)曝光時(shí)間的起始時(shí)間早于所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(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。
[0014]結(jié)合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四種可能實(shí)施方式，其中，所述預(yù)設(shè)時(shí)間值根據(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成像物體之間的路徑和所述成像物體與所述激光接收器之間的路徑之和。
[0015]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五種可能實(shí)施方式，其中，所述激光接收器為像增強(qiáng)器。
[0016]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六種可能實(shí)施方式，其中，所述激光接收器為光開關(guān)。
[0017]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七種可能實(shí)施方式，其中，所述成像裝置為設(shè)有電荷耦合器件的數(shù)碼相機(jī)。
[0018]第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多脈沖距離選通成像方法，包括:脈沖激光器、激光接收器和成像裝置，所述激光接收器與所述成像裝置耦合，所述激光接收器設(shè)置在所述脈沖激光器發(fā)射的激光脈沖經(jīng)成像物體反射后的光路上，所述方法包括:
[0019]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；
[0020]所述激光接收器按照預(yù)設(shè)選通間隔依次接收每個(gè)經(jīng)所述成像物體反射后的激光脈沖；
[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)間延后預(yù)設(shè)時(shí)間值。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中，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)成像物體反射后由激光接收器按照預(yù)設(shè)選通間隔依次接收，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，例如，成像裝置將在預(yù)設(shè)曝光時(shí)間內(nèi)的每個(gè)激光脈沖轉(zhuǎn)換為電子，再將所有的激光脈沖轉(zhuǎn)換后的電子累積起來，再轉(zhuǎn)移到成像裝置內(nèi)的處理中進(jìn)行處理，最終形成一個(gè)圖像。
[0024]而現(xiàn)有的距離選通成像系統(tǒng)，設(shè)定一個(gè)快門開啟時(shí)間，一般快門開啟時(shí)間由距離選通成像的景深決定，避免在快門開啟時(shí)間內(nèi)有背景光進(jìn)入相機(jī)，而給成像帶來不必要的噪聲，因此，快門開啟時(shí)間的時(shí)間寬度不能過大，快門開啟時(shí)間內(nèi)僅接收一個(gè)激光脈沖。
[0025]因此，本發(fā)明實(shí)施例，能夠利用激光接收器按照預(yù)設(shè)選通間隔依次接收由所述成像物體反射的每個(gè)激光脈沖，其中，所述預(yù)設(shè)選通間隔表示按照預(yù)設(shè)間隔選通，即表示激光接收器是按照預(yù)設(shè)間隔開啟的，以保證所述激光接收器每次開啟的時(shí)刻，恰好有一個(gè)激光脈沖經(jīng)物體反射后到達(dá)激光接收器，而在其他時(shí)間都處于關(guān)閉狀態(tài)，然后，成像裝置將預(yù)設(shè)曝光時(shí)間內(nèi)的所有的激光脈沖經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電子信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，與現(xiàn)有技術(shù)的單脈沖成像相比，能夠?qū)⒃谝粋€(gè)曝光時(shí)間內(nèi)接收到的多個(gè)激光脈沖累加后生成圖像，有效提高了在一個(gè)曝光時(shí)間內(nèi)接收到的激光脈沖的亮度，從而有效提高了距離選通成像的圖像質(zhì)量。
[0026]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0027]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(duì)實(shí)施例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(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0028]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多脈沖距離選通成像系統(tǒng)的模塊框圖；
[0029]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的多脈沖距離選通成像系統(tǒng)中的同步控制裝置的控制時(shí)序圖；
[0030]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多脈沖距離選通成像方法的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]現(xiàn)有的為了提高接收到的經(jīng)物體反射后的激光脈沖的強(qiáng)度，往往選擇提高脈沖激光器的發(fā)射功率，從發(fā)射端增大激光脈沖的強(qiáng)度，但是，脈沖激光器發(fā)出的單個(gè)激光脈沖的能量不可能無限制增大，而為了改善上述的缺陷，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多脈沖距離選通成像系統(tǒng)及方法。
[0033]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多脈沖距離選通成像系統(tǒng)的模塊框圖，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括:脈沖激光器101、激光接收器102和成像裝置103，所述激光接收器102與所述成像裝置103耦合，所述激光接收器102設(shè)置在所述脈沖激光器101發(fā)射的激光脈沖經(jīng)