一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)，屬于成像系統(tǒng)領(lǐng)域，所述系統(tǒng)包括：脈沖激光器、擴(kuò)束掃描組件、激光接收器和成像裝置，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)所述擴(kuò)束掃描組件降低線寬后按照預(yù)設(shè)掃描間隔依次調(diào)整出射的角度；由所述擴(kuò)束掃描組件射出的每個(gè)激光脈沖分別經(jīng)所述目標(biāo)物的沿豎直方向的不同部位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。本實(shí)用新型提供的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，以有效提高現(xiàn)有的水下目標(biāo)物的成像質(zhì)量。
【專利說明】
一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及成像系統(tǒng)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)。
【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(cè)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]在岸基上使用掠入射距離選通成像技術(shù)探測(cè)水下目標(biāo)時(shí)，脈沖激光入射角度很小，當(dāng)脈沖激光擴(kuò)束為圓形光斑時(shí)，在水面會(huì)形成一個(gè)橢圓形照明區(qū)域，橢圓的長(zhǎng)軸在縱深方向上。當(dāng)采用某一固定選通距離時(shí)，距離接收端較近的區(qū)域?qū)?yīng)的選通深度遠(yuǎn)大于距離接收端較遠(yuǎn)的區(qū)域。由于水體的衰減，返回光強(qiáng)度隨探測(cè)深度增加而成指數(shù)衰減，要同時(shí)獲得較淺區(qū)域和較深區(qū)域的返回光，現(xiàn)有探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍無法滿足同時(shí)測(cè)量較深區(qū)域和較淺區(qū)域返回光的要求。而且較淺區(qū)域特別是水面散射光會(huì)影響較深區(qū)域目標(biāo)的散射回光，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)，以有效提高現(xiàn)有的水下目標(biāo)物的成像質(zhì)量。
[0006]第一方面，本實(shí)用新型提供的一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)，包括:脈沖激光器、擴(kuò)束掃描組件、激光接收器和成像裝置，所述激光接收器設(shè)置在所述擴(kuò)束掃描組件發(fā)射的激光經(jīng)目標(biāo)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(kuò)束掃描組件耦合；
[0007]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)所述擴(kuò)束掃描組件降低線寬后按照預(yù)設(shè)掃描間隔依次調(diào)整出射的角度，所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間延遲第一預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0008]由所述擴(kuò)束掃描組件射出的每個(gè)激光脈沖分別經(jīng)所述目標(biāo)物的沿豎直方向的不同部位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。
[0009]結(jié)合第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供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、擴(kuò)束掃描組件、激光接收器和成像裝置耦合。
[0010]結(jié)合第一方面的第一種可能實(shí)施方式，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了第一方面的第二種可能實(shí)施方式，其中，所述擴(kuò)束掃描組件包括:移動(dòng)平臺(tái)和由像側(cè)到物側(cè)依次同軸設(shè)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(fā)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(jīng)所述第一透鏡的焦點(diǎn)射入所述第二透鏡，經(jīng)所述第二透鏡的會(huì)聚后射入所述第三透鏡，再由所述第三透鏡的會(huì)聚射向所述目標(biāo)物；
[0011]所述同步控制裝置與所述移動(dòng)平臺(tái)耦合，所述同步控制裝置用于按照預(yù)設(shè)掃描間隔控制所述移動(dòng)平臺(tái)，以帶動(dòng)所述第二透鏡沿所述水平軸水平移動(dòng)，使所述激光脈沖經(jīng)所述第二透鏡的會(huì)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(gè)激光脈沖的角度按照所述預(yù)設(shè)掃描間隔沿豎直方向依次調(diào)整。
[0012]結(jié)合第一方面或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，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了第一方面的第三種可能實(shí)施方式，其中，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間不小于所述擴(kuò)束掃描組件完成一次所述調(diào)整所需的時(shí)間。
[0013]結(jié)合第一方面的第三種可能實(shí)施方式，本實(shí)用新型實(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)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)間延遲第二預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0014]結(jié)合第一方面的第四種可能實(shí)施方式，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了第一方面的第五種可能實(shí)施方式，其中，所述預(yù)設(shè)曝光時(shí)間的起始時(shí)間早于所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(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。
[0015]結(jié)合第一方面的第五種可能實(shí)施方式，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了第一方面的第六種可能實(shí)施方式，其中，所述激光接收器為像增強(qiáng)器。
[0016]結(jié)合第一方面的第六種可能實(shí)施方式，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了第一方面的第七種可能實(shí)施方式，其中，所述成像裝置包括感光元件和數(shù)據(jù)處理器，所述感光元件與所述數(shù)據(jù)處理器耦合。
[0017]結(jié)合第一方面的第七種可能實(shí)施方式，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了第一方面的第八種可能實(shí)施方式，其中，所述感光元件包括電荷耦合器件。
[0018]結(jié)合第一方面的第五種可能實(shí)施方式，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了第一方面的第九種可能實(shí)施方式，其中，所述激光接收器為光開關(guān)。
[0019]本實(shí)用新型實(shí)施例，通過所述擴(kuò)束掃描組件將所述脈沖激光器按照預(yù)設(shè)發(fā)射間隔依次發(fā)射的激光脈沖按照預(yù)先設(shè)定的掃描間隔一個(gè)一個(gè)改變射向目標(biāo)物的光線的角度，使多個(gè)光束沿目標(biāo)物的縱向方向上依次掃描目標(biāo)物，每個(gè)光線照射目標(biāo)物的縱向方向上的某個(gè)部位，所述激光接收器依次接收每個(gè)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(biāo)物的圖像。
[0020]現(xiàn)有技術(shù)的水下目標(biāo)物成像系統(tǒng)中，由激光器射出的激光光束照射水下目標(biāo)，當(dāng)激光光束以一定的角度入射水下時(shí)，在水面上會(huì)展開成一個(gè)橢圓形的照明區(qū)域，以橢圓光斑的長(zhǎng)軸為縱深方向，則長(zhǎng)軸的兩個(gè)端一端離成像系統(tǒng)的接收端較近，另一端離成像系統(tǒng)的接收端較遠(yuǎn)，當(dāng)采用某一個(gè)固定的選通距離時(shí)，距離成像系統(tǒng)的接收端較近的選通深度遠(yuǎn)大于距離成像系統(tǒng)的接收端較遠(yuǎn)的選通深度，導(dǎo)致返回光強(qiáng)度不一致。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)的水下目標(biāo)物成像系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型實(shí)施例，通過擴(kuò)束掃描組件將脈沖激光器發(fā)出的圓形激光束擴(kuò)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(biāo)時(shí)，從而導(dǎo)致每個(gè)線光束在水面上形成的橢圓光斑的長(zhǎng)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(yuǎn)端與成像裝置的距離，有效避免固定選通距離下近端與遠(yuǎn)端選通深度不一致的問題。
[0022]擴(kuò)束掃描組件射出的多個(gè)線光束，依次掃描水下目標(biāo)的不同部分，所述成像裝置將水中目標(biāo)物的縱向方向上依次選通的多個(gè)返回光經(jīng)過成像裝置的疊加后形成一幅完成的目標(biāo)物的圖像，能夠保證每個(gè)返回光的亮度都足夠強(qiáng)，避免由于水體的衰減，返回光強(qiáng)度隨探測(cè)深度增加而成指數(shù)衰減而導(dǎo)致的目標(biāo)物的圖像質(zhì)量過差。
[0023]本實(shí)用新型的其他特征和優(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)施本實(shí)用新型實(shí)施例而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(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】
[0024]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(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(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(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，本實(shí)用新型的上述及其它目的、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)在于示出本實(shí)用新型的主旨。
[0025]圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)的模塊框圖；
[0026]圖2示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)的同步控制裝置的控制時(shí)序圖；
[0027]圖3示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)的擴(kuò)束掃描組件的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(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)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(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，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0029]本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的照明掃描疊加成像系統(tǒng)可以應(yīng)用于水下目標(biāo)物的距離選通成像，所述照明掃描疊加成像系統(tǒng)可以安裝在岸邊，如圖1所示的一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)可以包括:脈沖激光器101、擴(kuò)束掃描組件102、激光接收器103和成像裝置104，所述激光接收器103設(shè)置在所述擴(kuò)束掃描組件102發(fā)射的激光經(jīng)目標(biāo)物反射后的反射光路上，所述激光接收器103與所述成像裝置104耦合，所述脈沖激光器101與所述擴(kuò)束掃描組件102
規(guī)A
柄口 O
[0030]所述脈沖激光器101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)所述擴(kuò)束掃描組件102降低線寬后按照預(yù)設(shè)掃描間隔依次調(diào)整出射的角度，所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間延遲第一預(yù)設(shè)時(shí)間。
[0031]其中，所述擴(kuò)束掃描組件102降低出射激光束的線寬的方式可以是通過在出射光的位置處設(shè)置一個(gè)光闌，以改變出射激光的線寬或者采用柱面鏡降低線寬。以光闌為例，通過設(shè)置一定通光口徑的光闌，降低激光的寬度，從而降低線寬，將原來的圓形激光光束變?yōu)榫€寬較窄的線光束。
[0032]由所述擴(kuò)束掃描組件102射出的每個(gè)激光脈沖分別經(jīng)水下目標(biāo)物的沿縱向深度方向的不同部位反射后由所述激光接收器103按照預(yù)設(shè)選通間隔依次接收，所述激光接收器103將接收到的每個(gè)激光脈沖輸入所述成像裝置104中，所述成像裝置104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。其中，水下目標(biāo)物的縱向深度方向中，以線光束照射在水面上形成的橢圓光斑的長(zhǎng)軸方向?yàn)榭v向方向，水下的深度為深度方向。因此，擴(kuò)束掃描組件102發(fā)出的線光束由遠(yuǎn)及近掠射入。
[0033]其中，所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間延遲的第一預(yù)設(shè)時(shí)間，具體根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和擴(kuò)束掃描組件102的每次調(diào)整出射角度所花費(fèi)的時(shí)間而定，第一預(yù)定時(shí)間的設(shè)定以使所述擴(kuò)束掃描組件102在調(diào)整好角度后，所述脈沖激光器101再發(fā)射激光脈沖為宜。
[0034]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103是按照預(yù)設(shè)間隔開啟的，以保證所述激光接收器103開啟的時(shí)刻恰好是激光脈沖經(jīng)物體反射后到達(dá)激光接收器103的時(shí)刻，而在其他時(shí)間都處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0035]所述預(yù)設(shè)選通間隔的起始時(shí)間可以比所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間延遲一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間，也可以同步開啟。例如，當(dāng)激光脈沖的傳播路徑比較短的時(shí)候，所述擴(kuò)束掃描組件102發(fā)出的激光經(jīng)過所述目標(biāo)物的反射后射入所述激光接收器103的時(shí)間非常短，幾乎可以忽略不計(jì)，所述擴(kuò)束掃描組件102的開啟時(shí)間和所述激光接收器103的開啟時(shí)間可以相同，或者相近。
[0036]當(dāng)激光脈沖的傳播路徑比較長(zhǎng)的時(shí)候，所述預(yù)設(shè)選通間隔的起始時(shí)間可以比所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間延遲一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間，也就是說，所述激光接收器103的開啟時(shí)間和所述擴(kuò)束掃描組件102的開啟時(shí)間可以根據(jù)激光脈沖在傳輸介質(zhì)中的傳播速度和傳播路徑靈活設(shè)置，優(yōu)選地，可以設(shè)置所述激光接收器103的開啟時(shí)間較短且激光接收器103開啟時(shí)，恰好是激光脈沖經(jīng)成像物體反射后到達(dá)所述激光接收器103時(shí)。
[0037]本實(shí)用新型實(shí)施例，通過所述擴(kuò)束掃描組件102將所述脈沖激光器101按照預(yù)設(shè)發(fā)射間隔依次發(fā)射的激光脈沖按照預(yù)先設(shè)定的掃描間隔依次改變出射的角度，也就是依次改變射向目標(biāo)物的光線的角度，使多個(gè)光線沿目標(biāo)物的縱向方向上依次掃描目標(biāo)物，每個(gè)光線照射目標(biāo)物的縱向方向上的某個(gè)部位，所述激光接收器103依次接收每個(gè)經(jīng)目標(biāo)物反射后的激光后，由成像裝置104將所有的掃描后的激光所成的像置加在一起，形成一幅完成的目標(biāo)物的圖像。
[0038]與現(xiàn)有技術(shù)的水下目標(biāo)物成像系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型實(shí)施例，通過擴(kuò)束掃描組件將脈沖激光器發(fā)出的圓形激光束擴(kuò)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(biāo)時(shí)，從而導(dǎo)致每個(gè)線光束在水面上形成的橢圓光斑的長(zhǎng)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(yuǎn)端與成像裝置的距離，有效避免固定選通距離下近端與遠(yuǎn)端選通深度不一致的問題。
[0039]擴(kuò)束掃描組件射出的多個(gè)線光束，依次掃描水下目標(biāo)的不同部分，所述成像裝置將水中目標(biāo)物的縱向方向上依次選通的多個(gè)返回光經(jīng)過成像裝置的疊加后形成一幅完成的目標(biāo)物的圖像，能夠保證每個(gè)返回光的亮度都足夠強(qiáng)，避免由于水體的衰減，返回光強(qiáng)度隨探測(cè)深度增加而成指數(shù)衰減而導(dǎo)致的目標(biāo)物的圖像質(zhì)量過差。
[0040]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型實(shí)施例可以通過一個(gè)同步控制裝置105為所述脈沖激光器101、擴(kuò)束掃描組件102、激光接收器103和成像裝置104輸入控制信號(hào)，即所述同步控制裝置105分別與所述脈沖激光器101、所述擴(kuò)束掃描組件102、所述激光接收器103和所述成像裝置104|禹合。
[0041 ]具體的控制方式如圖2所示，Tl、T2、T3和T4均為所述同步控制裝置105發(fā)出的控制信號(hào)，如圖2所示，所述控制信號(hào)為具有一定占空比的脈沖信號(hào)，以所述成像系統(tǒng)的一次曝光時(shí)間為例，所述控制方式可以包括:
[0042]同步控制裝置105發(fā)出控制信號(hào)Tl至所述成像裝置104，以使所述成像裝置104開啟快門并處于曝光時(shí)間，其中，控制信號(hào)Tl的脈沖寬度為所述成像裝置104的預(yù)設(shè)曝光時(shí)間的長(zhǎng)度。
[0043]所述同步控制裝置105發(fā)出控制信號(hào)Τ2至所述擴(kuò)束掃描組件102，所述控制信號(hào)Τ2為一個(gè)周期信號(hào)，每個(gè)周期信號(hào)包括一定寬度的脈沖和一定寬度的低電平，優(yōu)選地，所述脈沖激光器101可以為高電平觸發(fā)，即所述擴(kuò)束掃描組件102每接收到一個(gè)控制信號(hào)Τ2的高電平，就開始移動(dòng)，移動(dòng)的時(shí)間和距離可以預(yù)先設(shè)定好，所述預(yù)設(shè)掃描間隔為所述控制信號(hào)Τ2的兩個(gè)高電平脈沖之間的間隔，所述控制信號(hào)Τ2的兩個(gè)高電平脈沖之間的間隔大于所述擴(kuò)束掃描組件102完成一次調(diào)整所需的時(shí)間，以保證所述擴(kuò)束掃描組件102下次調(diào)整時(shí)，上次的調(diào)整已經(jīng)完成。
[0044]所述同步控制裝置105發(fā)出控制信號(hào)Τ3至所述脈沖激光器101，所述控制信號(hào)Τ3為一個(gè)周期信號(hào)，每個(gè)周期信號(hào)包括一定寬度的脈沖和一定寬度的低電平，優(yōu)選地，所述脈沖激光器101可以為高電平觸發(fā)，即接收到控制信號(hào)Τ3中的脈沖時(shí)發(fā)出一個(gè)激光脈沖，因此，所述同步控制裝置105通過所述控制信號(hào)Τ3控制所述脈沖激光器101發(fā)射多個(gè)激光脈沖，其中，發(fā)射間隔為控制信號(hào)Τ3的兩個(gè)相鄰脈沖的時(shí)間差值。
[0045]另外，所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間延遲第一預(yù)設(shè)時(shí)間，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間不小于所述擴(kuò)束掃描組件102完成一次所述調(diào)整所需的時(shí)間。即如圖2所示的，控制信號(hào)Τ3的起始時(shí)間al比控制信號(hào)Τ2的起始時(shí)間Cl延遲時(shí)間△ t6，△ t6可以等于所述移動(dòng)平臺(tái)每次移動(dòng)的時(shí)間，平臺(tái)每次移動(dòng)的距離與激光器的線寬、工作距離、掠入射的角度、鏡頭的成像比例、CCD像元尺寸有關(guān)，如果是工作距離比較遠(yuǎn)，每次入射角度的改變很小，可以忽略不計(jì)，那每次的移動(dòng)的距離幾乎不變。如果工作距離比較遠(yuǎn)，那么每次的移動(dòng)距離可能會(huì)改變。
[0046]另外，所述同步控制裝置105發(fā)送控制信號(hào)T4至所述激光接收器103，所述控制信號(hào)T4也為一個(gè)周期信號(hào)，所述激光接收器103在所述控制信號(hào)T4的脈沖下將快門打開，即在所述控制信號(hào)T4的脈沖的寬度內(nèi)，可以接收經(jīng)所述成像物體反射后的激光脈沖，因此，所述激光接收器103的選通間隔為所述控制信號(hào)T4的相鄰的兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔。優(yōu)選地，所述控制信號(hào)T4的起始時(shí)間比所述控制信號(hào)T3的起始時(shí)間延遲了一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間Atl，其中，△ tl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101與所述目標(biāo)物之間的路徑和所述目標(biāo)物與所述激光接收器103之間的路徑之和。
[0047]由于，要選通目標(biāo)物的不同部分的成像，因此每次選通的目標(biāo)物部分與所述激光接收器103的距離不同，從而導(dǎo)致每次所述控制信號(hào)T4的起始時(shí)間比所述控制信號(hào)T3的起始時(shí)間延遲的時(shí)間不同，如圖2所示的以在所述成像裝置104的一次曝光時(shí)間內(nèi)的五次激光脈沖為例，如圖2所示，所述第二預(yù)設(shè)時(shí)間為Atl?At5，由于所述擴(kuò)束掃描組件102射出的光線由所述目標(biāo)物的上部位置向下掃描，所述照明掃描疊加成像系統(tǒng)位于岸邊，因此導(dǎo)致激光脈沖的傳播路徑逐漸增大，根據(jù)傳播路徑的逐漸增大，調(diào)整A tl?△ t5之間的五個(gè)時(shí)間，以使Δ tl?Δ t5之間的五個(gè)時(shí)間處于逐漸增大的狀態(tài)。
[0048]于本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述脈沖激光器101可以為單個(gè)激光脈沖寬度小于10納秒，每間隔一定時(shí)間才工作一次的激光器，具有較大輸出功率和較高的亮度，例如，可以是紅寶石激光器、藍(lán)寶石激光器、氮分子激光器、準(zhǔn)分子激光器等，所述脈沖激光器101可以由脈沖信號(hào)來控制發(fā)射激光脈沖的周期或者時(shí)間間隔。
[0049]所述激光接收器103可以為像增強(qiáng)器也可以為光開關(guān)等具有選通功能的能夠接收激光脈沖且將接收到的激光脈沖發(fā)射出去的光學(xué)儀器。于本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述激光接收器103的選通可以由脈沖信號(hào)來控制。
[0050]所述擴(kuò)束掃描組件102能夠根據(jù)脈沖信號(hào)調(diào)整出射的角度，具體的實(shí)施方式可以包括:
[0051 ]所述擴(kuò)束掃描組件102為一個(gè)能夠根據(jù)脈沖信號(hào)發(fā)生俯仰動(dòng)作的俯仰平臺(tái)，例如，所述脈沖激光器101設(shè)置在所述俯仰平臺(tái)上，所述脈沖激光器101以一定的角度射向水下，當(dāng)控制俯仰平臺(tái)的俯仰角度發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致所述脈沖激光器101射入水下的角度發(fā)生了變化。
[0052]另外，所述擴(kuò)束掃描組件102的【具體實(shí)施方式】還可以包括圖3中所示的擴(kuò)束掃描組件102，如圖3所示，所述擴(kuò)束掃描組件102包括:移動(dòng)平臺(tái)和由像側(cè)到物側(cè)依次同軸設(shè)置的第一透鏡201、第二透鏡202以及第三透鏡203，所述第一透鏡201的光軸、所述第二透鏡202的光軸和所述第三透鏡203的光軸位于一條水平軸上，所述脈沖激光器101發(fā)射的激光脈沖沿所述水平軸平行方向射入所述第一透鏡201，經(jīng)所述第一透鏡201的焦點(diǎn)射入所述第二透鏡202，經(jīng)所述第二透鏡202的會(huì)聚后射入所述第三透鏡203，再由所述第三透鏡203的會(huì)聚射向所述目標(biāo)物。
[0053]所述移動(dòng)平臺(tái)能夠由脈沖信號(hào)控制而移動(dòng)，所述移動(dòng)平臺(tái)能夠控制第二透鏡202的移動(dòng)，第二透鏡202的移動(dòng)改變了射入所述第三透鏡203的光線的入射角度，從而能夠調(diào)整所述第三透鏡203的出射角度，進(jìn)而改變由所述擴(kuò)束掃描組件102射入水下目標(biāo)物的激光脈沖的角度。
[0054]另外，本實(shí)用新型實(shí)施例中，以所述成像裝置104的一次曝光時(shí)間為例，如果所述脈沖激光器101的脈寬足夠短，類似為一個(gè)持續(xù)發(fā)生激光脈沖的連續(xù)激光器，所述移動(dòng)平臺(tái)可以不停的移動(dòng)，即所述控制信號(hào)T2的兩個(gè)高電平脈沖之間的間隔為零，則所述擴(kuò)束掃描組件102持續(xù)將所述脈沖激光器1I發(fā)射的激光沿縱向方向上掃描。
[0055]需要說明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述激光接收器103可以為像增強(qiáng)器也可以為光開關(guān)等具有選通功能的光學(xué)儀器，所述成像裝置104可以為感光元件為CCD的相機(jī)，也可以為CMOS等其他類型感光元件的相機(jī)。
[0056]例如，所述成像裝置104為CXD相機(jī)，所述CXD相機(jī)在曝光開啟時(shí)，通過C⑶元件將接收到的每次激光脈沖轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再收集CCD轉(zhuǎn)換的所有的激光脈沖的電信號(hào)累積，將所累積的電信號(hào)輸入到DSP等具有數(shù)據(jù)處理功能的集成芯片內(nèi)，再由集成芯片進(jìn)行放大以及濾波處理等操作后，生成圖像。
[0057]當(dāng)所述激光接收器103為像增強(qiáng)器時(shí)且所述成像裝置104為CCD相機(jī)時(shí)，經(jīng)所述成像物體反射后的激光脈沖，經(jīng)過所述像增強(qiáng)器的光陰極轉(zhuǎn)換為電子圖像，接著耦合到微通道板上，由所述微通道板射出的電子撞擊熒光屏，重新激發(fā)出光子圖像，再經(jīng)中繼透鏡投射至IjC⑶相機(jī)的C⑶后，經(jīng)C⑶相機(jī)成像。
[0058]其中，所述像增強(qiáng)器設(shè)有用于控制所述光陰極與所述微通道板之間的導(dǎo)通與截止的門控電路，所述門控電路用于接收所述同步控制裝置105輸入的控制信號(hào)T4，例如，當(dāng)所述門控電路接收所述控制信號(hào)T4的脈沖時(shí)，在所述光陰極與所述微通道板之間添加負(fù)電壓，光陰極上的電子被加速而到達(dá)微通道板輸入端，所述像增強(qiáng)器處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0059]所述像增強(qiáng)器在所述控制信號(hào)T4的控制下，將每次接收到的激光脈沖經(jīng)曝光后形成的光子圖像輸入所述CCD相機(jī)，由所述CCD相機(jī)在所述控制信號(hào)Tl的時(shí)間段內(nèi)，將所述像增強(qiáng)器多次曝光產(chǎn)生的圖像累加。
[0060]另外，當(dāng)所述激光接收器103為光開關(guān)時(shí)，其工作原理可以包括:所述光開關(guān)的導(dǎo)通由所述控制信號(hào)T4控制，即在所述控制信號(hào)T4的脈沖的寬度內(nèi)，所述光開關(guān)導(dǎo)通，在其他時(shí)間段內(nèi)截止。
[0061]因此，只有在所述光開關(guān)打開時(shí)，經(jīng)所述成像物體反射回的激光脈沖才能射入所述CCD相機(jī)，所述控制信號(hào)Tl控制所述CCD相機(jī)在控制信號(hào)Tl的脈沖寬度內(nèi)持續(xù)曝光，每當(dāng)所述光開光導(dǎo)通時(shí)，輸入所述CCD相機(jī)的激光脈沖被生成為圖像，通過所述光開關(guān)的按照選通間隔導(dǎo)通與截止，所述CCD相機(jī)在一個(gè)曝光時(shí)間內(nèi)將多個(gè)圖像累加。
[0062]綜上所述，采用本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)可以有效克服常規(guī)距離選通照像在掠入射下對(duì)水下目標(biāo)物進(jìn)行成像時(shí)，圓形光斑在水面上形成的橢圓形投影區(qū)域過大，導(dǎo)致近端選通深度遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)端的選通深度，由于水體沿深度方向?qū)獾乃p成指數(shù)增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致回光強(qiáng)度不一致，影響成像質(zhì)量。采用擴(kuò)束掃描組件102將輸入的激光光束調(diào)整為線光束，降低激光的線寬，從而減少激光光束在水面上形成的橢圓形投影區(qū)域的面積大小，即減少近端與遠(yuǎn)端之間的選通深度的差值，有效避免固定選通距離下近端與遠(yuǎn)端選通深度不一致的問題。通過多次掃描目標(biāo)物，并通過像增強(qiáng)器對(duì)多次線曝光進(jìn)行對(duì)應(yīng)的多次距離選通成像，結(jié)果累積的CCD相機(jī)的一次曝光中，形成某一水體區(qū)域一幅深度基本一致，信號(hào)強(qiáng)度基本一致的距離選通圖像。
[0063]本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種照明掃描疊加成像方法，應(yīng)用于照明掃描疊加成像系統(tǒng)，所述方法包括:
[0064]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；
[0065]所述擴(kuò)束掃描組件將射入所述擴(kuò)束掃描組件的多個(gè)激光脈沖按照預(yù)設(shè)掃描間隔依次調(diào)整角度后射出；
[0066]其中，所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間延遲第一預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0067]所述激光接收器按照預(yù)設(shè)選通間隔依次接收經(jīng)所述目標(biāo)物的沿豎直方向的不同部位反射后的激光脈沖；
[0068]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。
[0069]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的方法的具體工作過程，可以參考前述系統(tǒng)、裝置和單元實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。
[0070]可以理解的是，本實(shí)用新型可用于眾多通用或?qū)Ｓ玫挠?jì)算系統(tǒng)環(huán)境或配置中。例如:個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備或便攜式設(shè)備、平板型設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的系統(tǒng)、置頂盒、可編程的消費(fèi)電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)PC、小型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、包括以上任何系統(tǒng)或設(shè)備的分布式計(jì)算環(huán)境等等。
[0071]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0072]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，包括:脈沖激光器、擴(kuò)束掃描組件、激光接收器和成像裝置，所述激光接收器設(shè)置在所述擴(kuò)束掃描組件發(fā)射的激光經(jīng)目標(biāo)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(kuò)束掃描組件耦合； 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)所述擴(kuò)束掃描組件降低線寬后按照預(yù)設(shè)掃描間隔依次調(diào)整出射的角度，所述預(yù)設(shè)發(fā)射間隔的起始時(shí)間比所述預(yù)設(shè)掃描間隔的起始時(shí)間延遲第一預(yù)設(shè)時(shí)間； 由所述擴(kuò)束掃描組件射出的每個(gè)激光脈沖分別經(jīng)所述目標(biāo)物的沿豎直方向的不同部位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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，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(kuò)束掃描組件、激光接收器和成像裝置耦合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)束掃描組件包括:移動(dòng)平臺(tái)和由像側(cè)到物側(cè)依次同軸設(shè)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(fā)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(jīng)所述第一透鏡的焦點(diǎn)射入所述第二透鏡，經(jīng)所述第二透鏡的會(huì)聚后射入所述第三透鏡，再由所述第三透鏡的會(huì)聚射向所述目標(biāo)物，所述同步控制裝置與所述移動(dòng)平臺(tái)耦合。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間不小于所述擴(kuò)束掃描組件完成一次所述調(diào)整所需的時(shí)間。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，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)間延遲第二預(yù)設(shè)時(shí)間。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，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)掃描間隔的起始時(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。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光接收器為像增強(qiáng)器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，所述成像裝置包括感光元件和數(shù)據(jù)處理器，所述感光元件與所述數(shù)據(jù)處理器耦合。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，所述感光元件包括電荷親合器件。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明掃描疊加成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激光接收器為光開關(guān)。
【文檔編號(hào)】G01S17/89GK205507085SQ201620051804
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日
【發(fā)明人】羅振雄, 王榮波, 陳光華, 周維軍, 孟建華, 田建華, 何莉華
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所