一种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及单像素激光成像雷达领域，具体是一种实现单像素激光成像雷达纵向 超分辨率成像的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，人们为了探测获取目标物体图像信息，经常采用面阵CXD探测器。而在某些 波段面阵CCD探测器量子效率低，且造价昂贵。在面阵CCD成像系统发展的同时，一种基于 单像素探测器且无扫描装置的成像系统受到了人们的关注，本文称之为单像素激光成像雷 达。该系统可以克服CCD探测器的不足，在某些成像波段具有成本和高成像质量的优势。在 利用该系统进行三维成像时，不考虑激光脉冲脉宽，目标物体图像的纵向分辨率受单像素 探测器和采集系统响应频率的限制。而目标物体高精度纵向分辨率图像含有丰富的信息， 在目标探测、识别及追踪等领域有很大的应用需求。为了获取目标物体高分辨率纵向图像， 常采用的方法是使用高性能的单像素探测器和高采样率的采集系统。但这样做会增加系统 成本，且探测信号的信噪比会降低导致成像质量下降，这制约了该成像系统的应用。因此需 要设计一种方法在不改变系统硬件水平的情况下克服采样率的限制，获取目标物体超越系 统纵向分辨率图像。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法，以克服 现有单像素激光成像雷达系统采样率的限制。
[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0005] -种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法，单像素成像雷达系统的特征 在于：包括延时脉冲发生控制器、脉冲激光器、单像素探测与数据采集单元、具有聚焦作用 的光学接收系统，所述脉冲激光器的控制端接入延时脉冲发生控制器，脉冲激光器的出射 光路上依次设置有光束均匀扩束器、光调制器，所述单像素探测与数据采集单元的光电探 测面放置在光学接收系统的焦点处，单像素探测与数据采集单元的时序控制端接入延时脉 冲发生控制器；
[0006] 延时脉冲发生控制器控制脉冲激光器发射脉冲激光，脉冲激光器发射的脉冲激光 经过光束均匀扩束器进行光强均匀和扩束后进入光路中，之后光束经光调制器调制后具有 特定的二值分布，最后照射目标物体；目标物体的反射光经光学接收系统聚焦后，由单像素 探测与数据采集单元获取目标物体光强反射回波信号。
[0007] 所述的一种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法，其特征在于：脉冲激 光器能发射窄脉冲宽度的光束且具有同步信号输出功能。
[0008] 所述的一种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法，其特征在于：光调制 器具有外部触发和调制信号可控的功能。
[0009] 所述的一种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法，其特征在于：单像素 探测与数据采集单元具有较小的触发延时抖动。
[0010] 所述的一种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法，其特征在于：延时脉 冲发生控制器能发出脉宽可控和高精度时间延迟脉冲触发信号。
[0011] -种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像方法，其特征在于：产生具有相同二 值分布的光脉冲来照射目标物体，每次采集过程中延时脉冲发生控制器对单像素探测与数 据采集单元依次施加不同延时的脉冲触发信号，并保证有足够大的脉宽可以接收到整个物 体回波信号，此时采集的信号可以认为是由采集系统分辨率决定的低分辨率回波信号；
[0012] 由采集的延时低分辨率回波信号数据组，利用权重相加的方法来获取高分辨回波 信号的距离权重信息和，而此高分辨回波信号的权重信息和为进行纵向超分辨率成像提供 了必要条件；
[0013] 循环进行光束随机二值调制和反射信号的采集，获取多组二值调制信息、非延时 回波信号和及高分辨回波信号的权重信息和；
[0014] 利用保存的三组信息，采用压缩感知算法可以获取物体的反射率信息和超分辨率 距离-反射率信息；
[0015] 最后采用超分辨率距离-反射率信息除以反射率信息来获取目标物体纵向超分 辨率图像。
[0016] 本发明的优点是：本发明可以在原有纵向低分辨率单像素激光成像雷达系统的基 础上，不改变或者增加系统硬件，通过控制系统施加时间延时来实现纵向超分辨率成像，在 高分辨成像领域具有广泛的应用价值。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的结构示意图。
[0018] 图2为m个具有相同二值分布脉冲激光回波信号的延时触发采集示意图。
【具体实施方式】
[0019] 如图1所示，一种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法，其装置包括脉 冲激光器1、光束均匀扩束器2、光调制器3、光学接收系统4、单像素探测与数据采集单元5、 延时脉冲发生控制器6 ;
[0020] 脉冲激光器1发出脉冲激光，经光束均匀扩束器2调制后具有较大的截面分布，且 光强分布均勾；
[0021] 经光束均匀扩束器2后的光束照射到光调制器3上，调制后的光束具有随机二值 分布，然后调制光束照射目标物体；
[0022] 目标物体反射光经光学接收系统4聚焦到单像素探测与数据采集单元5的光电探 测面上获取反射回波信号；
[0023] 延时脉冲发生控制器6控制延时脉冲触发信号来控制激光器1和单像素探测与数 据采集单元5的工作时序关系；
[0024] -种实现单像素激光雷达纵向超分辨率成像的方法，产生多个具有相同二值分布 的光脉冲来照射目标物体，对这多个脉冲激光的目标物体回波信号进行不同时间延时采 集，完成一组低分辨回波信号数据的采集；
[0025] 由采集的延时低分辨率回波信号数据组，利用权重相加的方法来获取高分辨回波 信号的距离权重信息和，而此高分辨回波信号的权重信息和为进行纵向超分辨率成像提供 了必要条件；
[0026] 循环进行光束随机二值调制和反射信号的采集，获取不同二值调制信号下的高分 辨回波信号，分别保存多组二值调制信息、非延时回波信号和及高分辨回波信号的权重信 息和；
[0027] 利用保存的三组信息，采用压缩感知算法可以获取物体的反射率信息和超分辨率 距离-反射率信息；
[0028] 最后采用超分辨率距离-反射率信息除以反射率信息来获取目标物体纵向超分 辨率图像。
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