一种扫描式光子计数非视域三维成像装置及方法与流程

技术特征：

1.一种扫描式光子计数非视域三维成像装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、光束整形系统(2)、接收光学系统(3)、单光子探测器(5)、时间相关单光子计数器(6)、计算机(7)；

脉冲激光器(1)发射激光并给时间相关单光子计数器(6)一个时间信号，脉冲激光器(1)出射的激光经光束整形系统(2)整形后入射至墙体，墙体散射的激光经目标反射后再次入射至墙体，接收光学系统(3)接收墙体返回的激光，该激光入射至单光子探测器(5)，单光子探测器(5)的输出端与时间相关单光子计数器(6)的输入端连接，时间相关单光子计数器(6)的输出端与计算机(7)相连；脉冲激光器(1)和单光子探测器(5)不断进行扫描。

2.根据权利要求1所述的一种扫描式光子计数非视域三维成像装置，其特征在于，还包括滤光片(4)，滤光片(4)位于墙体与单光子探测器(5)之间的光路中。

3.根据权利要求1所述的一种扫描式光子计数非视域三维成像装置，其特征在于，还包括第一转台和第二转台，脉冲激光器(1)和单光子探测器(5)分别固定在第一转台和第二转台上，实现扫描。

4.根据权利要求1所述的一种扫描式光子计数非视域三维成像装置，其特征在于，还包括两套振镜扫描系统，两套振镜扫描系统分别使脉冲激光器(1)和单光子探测器(5)实现扫描。

5.基于权利要求1所述的一种扫描式光子计数非视域三维成像装置的成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

脉冲激光器(1)发射激光并给时间相关单光子计数器(6)一个时间信号；

采用光束整形系统(2)对脉冲激光器(1)发射的激光进行整形；

整形后的激光入射至墙体，墙体散射的激光经目标反射后再次入射至墙体；

接收光学系统(3)接收墙体返回的激光，并使接收光学系统(3)的像方视场与单光子探测器(5)的视场相同；

时间相关单光子计数器(6)计算入射至单光子探测器(5)的光子从脉冲激光器(1)出发到回到单光子探测器(5)的光子飞行时间，得到时间光子计数图；

脉冲激光器(1)和单光子探测器(5)不断进行扫描，

得到多幅时间光子计数图；

计算机(7)根据多幅时间光子计数图对目标的三维图像进行重构，得到三维图像。

6.基于权利要求5所述的一种扫描式光子计数非视域三维成像装置的成像方法，其特征在于，还包括采用滤光片(4)对墙体返回的激光进行过滤的步骤。

7.基于权利要求5所述的一种扫描式光子计数非视域三维成像装置的成像方法，其特征在于，计算机(7)根据多幅时间光子计数图对目标的三维图像进行重构，得到三维图像，具体包括以下步骤：

反投影：

建立模型，脉冲激光器(1)位于L点，单光子探测器(5)位于D点，脉冲激光器(1)出射的激光入射于墙上的点为源点，S_j第j个源点，单光子探测器(5)对应墙体上的一点，这一点为像点，I_i为第i个像点；

将每一幅时间光子图反投影到三维空间中，时间光子计数图中每个时刻的值都对应三维空间中的一个椭球面，该椭球面以源点和像点为焦点，目标的一点的空间坐标(x,y,z)满足下式：

||(x,y,z)-S_j||+||(x,y,z)-I_i||＝ct_ijk-||L-S_j||-||D-I_i||

其中，c为光速，t_ijk为第j个源点、第i个像点、第k个时间通道的光子飞行时间；所有椭球面在空间中交叠求和，形成一幅置信值图V(x,y,z)；

滤波处理：

采用拉普拉斯滤波器进行滤波，得到滤波置信图V_f(x,y,z)

$V_f(x,y,z)={\▿}^{2}V(x,y,z);$

取阈处理：

对滤波置信图V_f(x,y,z)进行取阈处理，剔除低于阈值的值，得到目标的三维图像；阈值为βmax(V_f(x,y,z))，0＜β＜1。