一种照明扫描叠加成像系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及成像系统领域，具体而言，涉及一种照明扫描叠加成像系统及方法。
【背景技术】
[0002]脉冲激光从激光器窗口输出后，在不同距离反射(或散射)回来的光脉冲时刻是不同的，通过在接收端采用一个高速的快门控制只接收某个距离返回的激光脉冲，其他无关的光则被阻挡在外，该成像方法被称为距离选通成像。
[0003]由于距离选通成像只对某一距离的目标进行成像，照明光传播光路上其他不同距离的返回光无法进入接收系统成像，所以该技术有非常强的环境光抑制能力能有效突出待观测目标，在水下目标成像、激光雷达等应用方面能够发挥极大的作用。
[0004]在岸基上使用掠入射距离选通成像技术探测水下目标时，脉冲激光入射角度很小，当脉冲激光扩束为圆形光斑时，在水面会形成一个椭圆形照明区域，椭圆的长轴在纵深方向上。当采用某一固定选通距离时，距离接收端较近的区域对应的选通深度远大于距离接收端较远的区域。由于水体的衰减，返回光强度随探测深度增加而成指数衰减，要同时获得较浅区域和较深区域的返回光，现有探测器的动态范围无法满足同时测量较深区域和较浅区域返回光的要求。而且较浅区域特别是水面散射光会影响较深区域目标的散射回光，导致无法准确识别目标。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种照明扫描叠加成像系统及方法，以有效提高现有的水下目标物的成像质量。
[0006]第一方面，本发明提供的一种照明扫描叠加成像系统，包括:脉冲激光器、扩束扫描组件、激光接收器和成像装置，所述激光接收器设置在所述扩束扫描组件发射的激光经目标物反射后的反射光路上，所述激光接收器与所述成像装置耦合，所述脉冲激光器与所述扩束扫描组件耦合；
[0007]所述脉冲激光器将多个激光脉冲按照预设发射间隔依次发射，发射出的每个激光脉冲经所述扩束扫描组件降低线宽后按照预设扫描间隔依次调整出射的角度，所述预设发射间隔的起始时间比所述预设扫描间隔的起始时间延迟第一预设时间；
[0008]由所述扩束扫描组件射出的每个激光脉冲分别经所述目标物的沿纵向方向的不同部位反射后由所述激光接收器按照预设选通间隔依次接收，所述激光接收器将接收到的每个激光脉冲输入所述成像装置中，所述成像装置将在预设曝光时间内接收到的多个激光脉冲形成图像。
[0009]结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，还包括:同步控制装置，所述同步控制装置分别与所述脉冲激光器、扩束扫描组件、激光接收器和成像装置耦合；
[0010]所述同步控制装置用于按照所述预设发射间隔控制所述脉冲激光器将多个激光脉冲依次发射，按照所述预设扫描间隔控制所述扩束扫描组件将接收到的每个激光脉冲调整出射的角度，按照预设选通间隔控制所述激光接收器依次接收经所述目标物的沿纵向方向的不同部位反射后的激光脉冲，以及按照预设曝光时间控制所述成像装置的开启。
[0011]结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述扩束扫描组件包括:移动平台和由像侧到物侧依次同轴设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜的光轴、所述第二透镜的光轴和所述第三透镜的光轴位于一条水平轴上，所述脉冲激光器发射的激光脉冲沿所述水平轴平行方向射入所述第一透镜，经所述第一透镜的焦点射入所述第二透镜，经所述第二透镜的会聚后射入所述第三透镜，再由所述第三透镜的会聚射向所述目标物；
[0012]所述同步控制装置与所述移动平台耦合，所述同步控制装置用于按照预设扫描间隔控制所述移动平台，以带动所述第二透镜沿所述水平轴水平移动，使所述激光脉冲经所述第二透镜的会聚后射入所述第三透镜的入射角度改变，从而使所述第三透镜射出的多个激光脉冲的角度按照所述预设扫描间隔沿纵向方向依次调整。
[0013]结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式或第二种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述第一预设时间不小于所述扩束扫描组件完成一次所述调整所需的时间。
[0014]结合第一方面的第三种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，所述预设选通间隔的起始时间比所述预设发射间隔的起始时间延迟第二预设时间。
[0015]结合第一方面的第四种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述预设曝光时间的起始时间早于所述预设扫描间隔的起始时间，所述预设曝光时间的结束时间晚于所述预设选通间隔的结束时间。
[0016]结合第一方面的第五种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述第二预设时间根据所述激光脉冲在当前传播介质中的传播速度以及传播路径确定，其中，所述传播路径为所述脉冲激光器与所述目标物之间的路径和所述目标物与所述激光接收器之间的路径之和。
[0017]第二方面，本发明实施例还提供了一种照明扫描叠加成像方法，应用于照明扫描叠加成像系统，所述系统包括:脉冲激光器、扩束扫描组件、激光接收器和成像装置，所述激光接收器设置在所述扩束扫描组件发射的激光经目标物反射后的反射光路上，所述激光接收器与所述成像装置耦合，所述脉冲激光器与所述扩束扫描组件耦合，所述方法包括:
[0018]所述脉冲激光器将多个激光脉冲按照预设发射间隔依次发射；
[0019]所述扩束扫描组件将射入所述扩束扫描组件的多个激光脉冲降低线宽后按照预设扫描间隔依次调整角度后射出，所述预设发射间隔的起始时间比所述预设扫描间隔的起始时间延迟第一预设时间；
[0020]所述激光接收器按照预设选通间隔依次接收经所述目标物的沿纵向方向的不同部位反射后的激光脉冲；
[0021]所述成像装置将在预设曝光时间内接收到的多个激光脉冲形成图像。
[0022]结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第一种可能实施方式，其中，所述预设选通间隔的起始时间比所述预设发射间隔的起始时间延迟第二预设时间。
[0023]结合第二方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述第二预设时间根据所述激光脉冲在当前传播介质中的传播速度以及传播路径确定，其中，所述传播路径为所述脉冲激光器与所述目标物之间的路径和所述目标物与所述激光接收器之间的路径之和。
[0024]本发明实施例，通过所述扩束扫描组件将所述脉冲激光器按照预设发射间隔依次发射的激光脉冲按照预先设定的扫描间隔一个一个改变射向目标物的光线的角度，使多个光束沿目标物的纵向方向上依次扫描目标物，每个光线照射目标物的纵向方向上的某个部位，所述激光接收器依次接收每个激光后，由成像装置将所有的扫描的激光的像叠加在一起，形成一幅完成的目标物的图像。
[0025]现有技术的水下目标物成像系统中，由激光器射出的激光光束照射水下目标，当激光光束以一定的角度入射水下时，在水面上会展开成一个椭圆形的照明区域，以椭圆光斑的长轴为纵深方向，则长轴的两个端一端离成像系统的接收端较近，另一端离成像系统的接收端较远，当采用某一个固定的选通距离时，距离成像系统的接收端较近的选通深度远大于距离成像系统的接收端较远的选通深度，导致返回光强度不一致。
[0026]与现有技术的水下目标物成像系统相比，本发明实施例，通过扩束扫描组件将脉冲激光器发出的圆形激光束扩束整形为线宽足够窄的线光束，从而以较小的角度入射水下目标时，从而导致每个线光束在水面上形成的椭圆光斑的长轴得到大幅度减小，以有效控制线光束在水面纵深方向投影的宽度，从而减少光斑近端与远端与成像装置的距离，有效避免固定选通距离下近端与远端选通深度不一致的问题。
[00