一种大面阵距离选通激光成像的纵向扫描合成方法与流程

本发明属于激光成像技术领域，具体涉及一种大面阵距离选通激光成像的纵向扫描合成方法。

背景技术：

激光距离选通技术，是利用脉冲激光器和CMOS选通成像器，以激光反射回来的时间先后顺序区分不同距离上的散射光和目标反射光，使得目标的反射光刚好在成像器的选通时间内到达成像器并由CMOS进行采集成像。

具体成像方法如附图1-2所示。

首先，由控制器指令激光器向目标方向发射出高能量的短脉冲，激光脉冲在行进的过程中遇到颗粒或障碍物时会向后反射，只是在目标物体反射的激光回波到达成像器之前，控制系统把选通门关闭，此时激光回波不会在CMOS选通成像器上进行成像，只有照射到目标物体的激光回波到达成像器时，控制系统才打开选通门，接收来自目标物体的激光反射光，在CMOS成像器上进行成像。在这一过程中，需要通过设置选通门的开关时间以确定成像距离。

但是由于激光脉冲受发射功率的限制，当需要对极远距离的目标进行成像时，必须减小激光发散角，即缩小激光的光斑，以提高反射光的强度，使CMOS成像器能够获得足够的成像信号。

另外，由于现有的大面阵激光距离选通技术只能通过人工设置不同的选通距离和激光发散角，并且在对一个方向上不同距离的目标进行成像时，获得的图像也是相互独立的，用户无法在极短时间清晰观察一个方向上的所有目标。

因此需要对现有技术的大面阵激光距离选通技术进行改进，以优化成像的自动化程度、清晰度以及快捷程度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种大面阵距离选通激光成像的纵向扫描合成方法，在每次增大纵向成像距离时，均进一步调小激光发射角，以保证成像的清晰度，并且将最新获取的图像与前一步骤的合成图像进一步合成，形成纵深不断增加的图像。

本发明具体采用如下技术方案实现。

一种大面阵距离选通激光成像的纵向扫描合成方法，通过控制器自动设置脉冲激光的发散角和大面阵COMS成像器的选通距离，并从最近的初始目标物体开始成像，逐步增大成像距离，一直到最远的目标物体。在每一个成像的步骤中，由大面阵COMS成像器中的处理器同步对所获取的选通图像进行合成处理，从而在最短时间内得到一幅能够同时显示远近目标物体的合成图像。

上述方法主要包括如下步骤：

步骤一，确定观察方向并调整好脉冲激光器的初始位置。

步骤二，第一次成像时，将脉冲激光发散角的初始角度为A₀，脉冲激光发出至初始目标物体返回的时间设定为选通门的打开时间t₀，将首次目标物体与成像器之间的距离设定为初始选通距离S₀，表示对与激光器(成像器)相对距离为S₀的目标进行首次成像。这样，当脉冲激光器启动发射后，在t₀＝2*S₀/c(其中c表示光速)时间内，由初始目标物体反射的回光将到达大面阵CMOS成像器，此时控制器控制选通门打开，从而在大面阵CMOS成像器中获取到选通图像I₀。

步骤三，第二次成像时，设定选通门的打开时间为t₁，并且t₁＝t₀+△t，此处△t为激光在第二目标物体与初始目标物体之间距离的行进和折返时间。则能够确定第二选通距离为S₁，S₁＝t₁*c/2。激光发散角设定为A₁，A₁＝A₀-△A，减小激光发射角是为了增强反射激光的强度，以保证在成像器中获得足够强度的成像信号。这样，当脉冲激光器再次启动发射后，在t₁＝t₀+△t时间内，由第二目标物体反射的回光将到达大面阵CMOS成像器，此时控制器控制选通门打开，从而在大面阵CMOS成像器中获取到选通图像I₁。

步骤四，获取I₁图像后，在处理器中将选通图像I₀与选通图像I₁进行合成，形成合成图像I′₁。

步骤五，按照步骤二至四以此类推，第n次成像时，选通门的打开时间为t_n-1，t_n-1＝t_n-2+△t，则选通距离为S_n-1，S_n-1＝t_n-1*c/2,激光发散角为A_n-1，A_n-1＝A₀–(n-1)*△A，此时获取到的选通图像为I_n-1，与合成图像I′_n-2进行合成处理，形成合成图像I′_n-1。

上述图像合成处理采用包括目标轮廓提取、直方图均衡化的方法。

上述每一步骤中获取的图像均采用千兆以太网进行传输，并采用固态硬盘进行存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，

1、采用智能控制，由程序自动设置脉冲激光的发散角和成像器的选通距离；

2、在成像的过程中，同步对图像进行合成，能够在最短时间内得到一幅同时显示远近目标物体的图像。

附图说明

图1是现有技术中激光距离选通成像系统及工作原理示意图之一；

图2是现有技术中激光距离选通成像系统及工作原理示意图之二；

图3是本发明的大面阵距离选通激光成像的纵向扫描合成方法的工作原理示意图。

具体实施方式

为了本发明能够被更好的理解和实施，以下将结合附图3对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明的大面阵激光距离选通成像系统包含了附图1、2所示的基本部件。图3中仅简略示出了大面阵CMOS成像器。

本发明的一种大面阵距离选通激光成像的纵向扫描合成方法，采用智能控制，当选定一个观察方向后，可以通过控制器自动设置脉冲激光的发散角和大面阵COMS成像器的选通距离，并从最近的目标物体(初始目标物体)开始成像，逐步增大成像距离，一直到最远的目标物体。在整个成像的过程中，由大面阵COMS成像器中的处理器同步对每一步骤中获取选通图像进行逐步合成，从而在最短时间内得到一幅能够同时显示远近目标物体的图像。

本发明的具体实施步骤如下。

步骤一，确定观察方向并调整好脉冲激光器的初始位置。

步骤二，第一次成像时，将脉冲激光发散角的初始角度为A₀，脉冲激光发出至初始目标物体返回的时间设定为选通门的打开时间t₀，将首次目标物体与成像器之间的距离设定为初始选通距离S₀，表示对与激光器(成像器)相对距离为S₀的目标进行首次成像。这样，当脉冲激光器启动发射后，在t₀＝2*S₀/c(其中c表示光速)时间内，由初始目标物体反射的回光将到达大面阵CMOS成像器，此时控制器控制选通门打开，从而在大面阵CMOS成像器中获取到选通图像I₀。

步骤三，第二次成像时，设定选通门的打开时间为t₁，并且t₁＝t₀+△t，此处△t为激光在第二目标物体与初始目标物体之间距离的行进和折返时间。则能够确定第二选通距离为S₁，S₁＝t₁*c/2。激光发散角设定为A₁，A₁＝A₀-△A，减小激光发射角是为了增强反射激光的强度，以保证在成像器中获得足够强度的成像信号。这样，当脉冲激光器再次启动发射后，在t₁＝t₀+△t时间内，由第二目标物体反射的回光将到达大面阵CMOS成像器，此时控制器控制选通门打开，从而在大面阵CMOS成像器中获取到选通图像I₁。

步骤四，获取选通图像I₁后，在处理器中将选通图像I₀与选通图像I₁进行合成，形成合成图像I′₁。

步骤五，按照步骤二至四以此类推，第n次成像时，选通门的打开时间为t_n-1，t_n-1＝t_n-2+△t，则选通距离为S_n-1，S_n-1＝t_n-1*c/2,激光发散角为A_n-1，A_n-1＝A₀–(n-1)*△A，此时获取到的选通图像为I_n-1，然后将选通图像I_n-1与合成图像I′_n-2进行合成，进一步形成合成图像I′_n-1。

最终选通图像I′_n-1就是我们所需要的包含远近目标的选通图像。

值得注意的是，图像的合成与成像过程是同步进行的，因此可以最大限度的节省时间。

图像合成的技术可以采用包括目标轮廓提取、直方图均衡化等的现有技术。

每一步骤中获取的图像均采用千兆以太网进行传输，更可以进一步采用固态硬盘(SSD，Solid State Disk)进行存储。

以上仅是对本发明最佳实施例的描述，不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明技术方案的基础上进行的简单替换和改动，均应落入本发明所附权利要求书保护的范围。