基于时间关联的三维成像装置和成像方法与流程

技术特征：

1.一种基于时间关联的三维成像装置，其特征在于，包括发射系统、接收系统和控制系统：

所述的发射系统包括激光器(1)、光强调制器(2)和激光扩束镜(3)，所述的接收系统包括接收望远镜(5)和面阵探测器(6)，所述的控制系统为工控机(7)，沿所述激光器(1)的输出光路依次是所述的光强调制器(2)和激光扩束镜(3)，所述激光扩束镜(3)将激光束整形扩束成空间均匀分布的光束并辐照到目标(4)上，所述的接收望远镜(5)将目标(4)成像到所述面阵探测器(6)的感光面上；所述的激光器(1)、光强调制器(2)和面阵探测器(6)分别与所述的工控机(7)相连，并在所述工控机(7)的控制下同步协调工作。

2.权利要求1所述的基于时间关联的三维成像装置的三维成像方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

1)在所述的工控机(7)的控制下，所述的激光器(1)、光强调制器(2)和面阵探测器(6)同步工作，所述的激光器(1)输出的连续激光经所述的激光扩束镜(3)整形扩束成空间分布相对均匀的光场后发射到目标(4)上，所述的目标(4)反射后进入所述的接收望远镜(5)并被成像到所述的面阵探测器(6)的感光面上，所述的面阵探测器(6)获取目标的二维图像信息A(x,y)，其中A(x,y)的数值为归一化的目标反射系数，(x,y)表示二维图像上每个像点的坐标；

2)获取目标二维图像上每个像点的高程信息R(x,y)；

3)将所述的目标二维图像信息A(x,y)和对应像点的高程信息R(x,y)复合成目标的三维图像。

3.根据权利要求2所述的基于时间关联的三维成像方法，其特征在于所述的步骤2)的具体过程是：

在所述的工控机(7)的控制下，所述的激光器(1)、光强调制器(2)和面阵探测器(6)同步工作，所述的光强调制器(2)将所述的激光器(1)输出的连续激光调制成一系列光强随机涨落的矩形激光脉冲序列，即时间调制光场，并将第k个矩形激光脉冲t∈(0,P],k＝1,2…M经所述的激光扩束镜(3)发射到目标(4)上，第k个矩形激光脉冲辐照到目标(4)上反射进入所述的接收望远镜(5)并被成像到面阵探测器(6)的感光面上，所述的面阵探测器(6)在所述的工控机(7)的延时触发下记录返回光场的空间分布为k＝1,2…M；其中在时间t∈(0,P]内服从随机分布，P为一个矩形激光脉冲的持续时间，M为探测过程中经所述的激光扩束镜(3)发射到目标(4)上的矩形激光脉冲个数；每个矩形激光脉冲的持续时间P、触发面阵探测器(6)的同步信号相对于触发光强调制器(2)的同步信号的延时Δτ和面阵探测器(6)的曝光开门时间Δs满足下列关系式：

L_max和L_min分别表示成像装置到目标(4)的最远点的距离和最近点的距离，c为光在真空中的传播速度，所述的面阵探测器(6)的曝光设置使不同像点的返回光经历不同的积分时间；

将所述的与按下列公式计算相关系数函数：

其中，E(·)和σ(·)分别表示测量数据关于k次采样的均值运算和标准差运算，

表示对像点(x,y)处的返回光场在0～t_g时间内能量积分的第k个光场强度，按下列公式计算：

其中，t_g为对应于相关系数函数C(x,y,t_g)具有最大值的能量积分时间，即为面阵探测器(6)在像点(x,y)的能量积分时间t_g(x,y)，最后利用公式计算目标的高程信息R(x,y)：

R(x,y)＝c×t_g(x,y) (4)。