利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法及装置制造方法
【专利摘要】利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法及装置，涉及激光成像【技术领域】，解决了现在无法实现全隐藏目标的3D成像，而且获得的3D图像分辨率仍然受场景复杂度的限制的问题，本发明采用激光器发射激光通过一个小孔，利用光的直线传播和多次散射原理通过光探测器获得隐蔽点的信息，方法简单，且对观测面上的点进行逐一观测后即可推测出隐蔽的目标的三维图像。本发明适用于对全隐藏目标进行3D成像。
【专利说明】利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法及装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及激光成像【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着激光技术的发展，激光成像广泛地应用到如飞行器导航、地形勘测、直升机壁障、目标识别等民用和军事领域。近年来利用激光成像技术探测隐藏目标受到越来越多的关注。这类研究主要集中在用激光探测手段重建隐藏于伪装物、植被、等遮蔽物后的半隐藏目标3D像，无法实现全隐藏目标的3D成像。而且现有方法获得的3D图像分辨率仍然受场景复杂度的限制。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现在无法实现全隐藏目标的3D成像，而且获得的3D图像分辨率仍然受场景复杂度的限制的问题，提出了利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图的方法及装直。
[0004]本发明所述利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法，该方法的具体步骤为:
[0005]步骤一、采用激光器和光探测器检测遮蔽物上的小孔位置，采用测时电路根据激光器发射光束的时间和光探测器接收到光束的时间，获得激光器所在点L与遮蔽物表面的小孔所在点H的距离Rui,以及激光器所在点L与第一个散射点S之间的距离Ru ；
[0006]步骤二、根据待测目标区域和小孔位置，在待测目标外侧选取观测平面；
[0007]步骤三、以探测器的探测头所在点C为圆心建立三维坐标系，探测器的视场中轴线和Z轴夹角为俯仰角9，探测器的视场中轴线在XY上的投影与X正半轴的夹角为水平角0 ;
[0008]步骤四、保持激光器位置不变，改变探测器的位置和方向来选定观测平面上的某一个观测点，探测激光器发射的激光经过三次散射后的激光信号，采用测时电路获得光束从激光器发射到光探测器经过的总光程Rtrtal ；
[0009]步骤五、改变激光器的发射激光的方向到观测平面的观测点上，测量测器的探测头所在点C与观测面上反射点W之间的距离Rwc ；
[0010]步骤六、计算获得遮蔽物的小孔所在点H的坐标H(xh, yH, zH)、遮蔽物内部第一个散射点S的坐标S (xs, ys, zs)和观测面上反射点W的坐标W (xw, yff, zff)；
[0011]步骤七、根据遮蔽物的小孔所在点H的坐标H(xh，yH, zH)和观测面上反射点W的坐标W(xff, yff, zff)，获得两点之间的距离Rhw ；
[0012]步骤八、利用总光程Rtrtal、距离Rw。、距离Ru、距离Rhw和距离定义式及小孔和观测面反射点确定的直线方程计算获得第二个散射点0的坐标0(? y0, Z0)；
[0013]步骤九、重复步骤四到步骤八，逐一对观测面上的点进行观测，反推出待测装置内所有点的三维信息，获得遮蔽物内部隐藏目标的三维图像。[0014]实现上述利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法的装置，该装置包括:激光器、视场扫描装置、聚焦镜、单点探测器、测时电路、信息处理单元和观测面；
[0015]激光器向遮蔽物上的小孔发射激光信号，该激光信号穿过小孔后经两次散射再次经过小孔发射至观测面，经观测面散射后的光束入射至视场扫描装置，视场扫描装置扫描到的回波光束经聚焦镜聚焦后发射至单点探测器的探测头上，激光器的激光发射时间信号输出端连接测时电路的激光发射时的时间信号输入端，单点探测器探测的信号输出端连接测时电路的回波信号输入端，测时电路的时间信号输出端连接信息处理单元的时间信号输入端，视场扫描装置的成像点角度信号输出端连接信息处理单元的成像点角度信号输入端；视场扫描装置用于扫描成像点反射回的信号，观测面7用于反射由小孔发射出的光束。
[0016]另一种实现上述利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法的装置，该装置包括一号聚焦镜、阵列探测器、阵列测时电路、一号信息处理单元、一号激光器和一号观测面；
[0017]一号激光器向待测装置上的小孔发射激光信号，通过小孔后激光信号经两次散射后再次经过小孔发射至一号观测面，经一号观测面散射后的光束经一号聚焦镜聚焦后发射至阵列探测器的探测头上，阵列探测器探测的多点光束信号输出端连接阵列测时电路的回波信号输入端，阵列测时电路的时间信号输出端连接一号信息处理单元的时间信号输入端，一号激光器的激光发射时间信号输出端连接阵列测时电路的激光发射时间信号输入端。
[0018]本发明采用激光器发射激光通过一个小孔，利用光的直线传播和多次散射原理通过光探测器获得隐蔽点的信息，方法简单，且对观测面上的点进行逐一观测后即可推测出隐蔽的目标的三维图像，解决了现有方法无法实现全隐藏目标3D成像的问题，同时突破分辨率受限于场景复杂度的问题，相同场景复杂度下，与现有方法相比分辨率提高了一个量级。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明所述方法的流程图；
[0020]图2为【具体实施方式】六所述装置的结构示意图；
[0021]图3为【具体实施方式】七所述装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]【具体实施方式】一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法，该方法的具体步骤为:
[0023]步骤一、采用激光器和光探测器检测遮蔽物上的小孔位置，采用测时电路根据激光器发射光束的时间和光探测器接收到光束的时间，获得激光器所在点L与遮蔽物表面的小孔所在点H的距离Rui,以及激光器所在点L与第一个散射点S之间的距离Ru ；
[0024]步骤二、根据待测目标区域和小孔位置，在待测目标外侧选取观测平面；
[0025]步骤三、以探测器的探测头所在点C为圆心建立三维坐标系，探测器的视场中轴线和Z轴夹角为俯仰角9，探测器的视场中轴线在XY上的投影与X正半轴的夹角为水平角0 ;[0026]步骤四、保持激光器位置不变，改变探测器的位置和方向来选定观测平面上的某一个观测点，探测激光器发射的激光经过三次散射后的激光信号，采用测时电路获得光束从激光器发射到光探测器经过的总光程Rtrtal ；
[0027]步骤五、改变激光器的发射激光的方向到观测平面的观测点上，测量测器的探测头所在点C与观测面上反射点W之间的距离Rwc ；
[0028]步骤六、计算获得遮蔽物的小孔所在点H的坐标H(xh, yH, zH)、遮蔽物内部第一个散射点S的坐标S (xs, ys, zs)和观测面上反射点W的坐标W (xw, yff, zff)；
[0029]步骤七、根据遮蔽物的小孔所在点H的坐标H(xh，yH, zH)和观测面上反射点W的坐标W(xff, yff, zff)，获得两点之间的距离Rhw ；
[0030]步骤八、利用总光程Rtrtal、距离Rw。、距离Ru、距离Rhw和距离定义式及小孔和观测面反射点确定的直线方程计算获得第二个散射点0的坐标0(x0, y0, Z0)；
[0031]步骤九、重复步骤四到步骤八，逐一对观测面上的点进行观测，反推出待测装置内所有点的三维信息，获得遮蔽物内部隐藏目标的三维图像。
[0032]【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法的进一步说明，步骤四所述的从激光器发射到光探测器经过的总
光程 Rttrtal:
[0033]
【权利要求】
1.利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为: 步骤一、采用激光器和光探测器检测遮蔽物上的小孔位置，采用测时电路根据激光器发射光束的时间和光探测器接收到光束的时间，获得激光器所在点L与遮蔽物表面的小孔所在点H的距离Rui,以及激光器所在点L与第一个散射点S之间的距离& ； 步骤二、根据待测目标区域和小孔位置，在待测目标外侧选取观测平面；步骤三、以探测器的探测头所在点C为圆心建立三维坐标系，探测器的视场中轴线和Z轴夹角为俯仰角P，探测器的视场中轴线在XY上的投影与X正半轴的夹角为水平角0 ；步骤四、保持激光器位置不变，改变探测器的位置和方向来选定观测平面上的某一个观测点，探测激光器发射的激光经过三次散射后的激光信号，采用测时电路获得光束从激光器发射到光探测器经过的总光程Rtrtal ; 步骤五、改变激光器的发射激光的方向到观测平面的观测点上，测量测器的探测头所在点C与观测面上反射点W之间的距离Rwc ； 步骤六、计算获得遮蔽物的小孔所在点H的坐标H(xh，yH, zH)、遮蔽物内部第一个散射点S的坐标S (xs, ys, zs)和观测面上反射点W的坐标W (xw, yff, zff)； 步骤七、根据遮蔽物的小孔所在点H的坐标H(xh，yH, zH)和观测面上反射点W的坐标W(xw，yff, zff)，获得两点之间的距离R冊； 步骤八、利用总光程Rtrtal、距离Rw。、距离&、距离Rhw和距离定义式及小孔和观测面反射点确定的直线方程计算获得 第二个散射点O的坐标0(? y0, Z0)； 步骤九、重复步骤四到步骤八，逐一对观测面上的点进行观测，反推出待测装置内所有点的三维信息，获得遮蔽物内部隐藏目标的三维图像。
2.根据权利要求1所述的利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法，其特征在于，步骤四所述的从激光器发射到光探测器经过的总光程Rtotal:
Rtotal-RLH+RHs+Rso+RoH+RHw+Rwc ⑴ 式中，Rm为遮蔽物内部第一个散射点S到第二个散射点0之间的距离；Rra为遮蔽物内部第二个散射点0到遮蔽物的小孔所在点H之间的距离，Rhw为遮蔽物的小孔所在点H到观测面上反射点W之间的距离，Rhs为遮蔽物的小孔所在点H到第一个散射点S之间的距离。
3.根据权利要求1所述的利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法，其特征在于，步骤六中所述计算获得遮蔽物的小孔所在点H的坐标H(xh，yH, zH)、遮蔽物内部第一个散射点S的坐标S (xs, ys, zs)和观测面上反射点W的坐标W (xff, yff, zff)的方法为: 采用飞行时间法直接测量激光器所在点L与遮蔽物的小孔所在点H的距离Rui以及俯仰角9 L和水平角I，测量激光器的坐标L (xL, yL, zL)； 采用公式:Il(>",「"，z" )=(>?/ + /?/7/.sin炉,COS0，V, + R1.^xnO, ,Zj + R丨丨丨CO卿丨、 (2) 获得遮蔽物表的小孔所在点H的坐标； 通过公式:S{xs,ys,zs)=(xj +&、.sin的cos+ ^,,,.sin^sin^ ,z, + Rlscos(p丨、 (i 丨 获得遮蔽物内部第一个散射点S的坐标；通过公式:
4.根据权利要求1所述的利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法，其特征在于，步骤七中所述根据遮蔽物的小孔所在点H的坐标H(xh，yH, zH)和观测面上反射点W的坐标W(xff, yff, zff)，获得两点之间的距离Rhw以及两点确定的直线方法: 利用遮蔽物的小孔所在点H的坐标和观测面上反射点W的坐标解析出空间直线HW的函数形式: 其次，根据遮蔽物的小孔所在点H的坐标和观测面上反射点W的坐标求得:
5.根据权利要求1所述的利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法，其特征在于，步骤八所述利用距离定义式计算获得遮蔽物内部第二个散射点0的坐标0(? y0, Z0)的方法为: 根据公式(I)、公式(2)和公式(4)变换获得:
6.实现权利要求1所述的利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法的装置，其特征在于，该装置包括:激光器(I)、视场扫描装置(2)、聚焦镜(3)、单点探测器(4)、测时电路(5)、信息处理单元(6)和观测面(7)； 激光器(I)向遮蔽物上的小孔发射激光信号，该激光信号穿过小孔后经两次散射再次经过小孔发射至观测面(7)，经观测面(7)散射后的光束入射至视场扫描装置(2)，视场扫描装置(2)扫描到的回波光束经聚焦镜(3)聚焦后发射至单点探测器(4)的探测头上，激光器(I)的激光发射时间信号输出端连接测时电路(5)的激光发射时的时间信号输入端，单点探测器(4)探测的信号输出端连接测时电路(5)的回波信号输入端，测时电路(5)的时间信号输出端连接信息处理单元(6)的时间信号输入端，视场扫描装置(2)的成像点角度信号输出端连接信息处理单元(6)的成像点角度信号输入端；视场扫描装置(2)用于扫描成像点反射回的信号，观测面(7 )用于反射由小孔发射出的光束。
7.根据权利要求1所述的利用激光穿孔透视获得隐藏目标三维图像的方法的装置，其特征在于，该装置包括:一号聚焦镜(8)、阵列探测器(9)、阵列测时电路(10)、一号信息处理单元(11 )、一号激光器(12)和一号观测面(13); 一号激光器(12)向待测装置上的小孔发射激光信号，通过小孔后激光信号经两次散射后再次经过小孔发射至一号观测面(13)，经一号观测面(13)散射后的光束经一号聚焦镜(8)聚焦后发射至阵列探测器(9)的探测头上，阵列探测器(9)探测的多点光束信号输出端连接阵列测时电路(10)的回波信号输入端，阵列测时电路(10)的时间信号输出端连接一号信息处理单元(11)的时间信号输入端，一号激光器(12)的激光发射时间信号输出端连接阵列测时电路(10)的激 光发射时间信号输入端。
【文档编号】G01S17/89GK103645481SQ201310721988
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】靳辰飞, 张思琦, 赵远, 宋子童, 翟建华, 乔天元 申请人:哈尔滨工业大学