[发明专利]机载激光雷达的宽光束照明三维选通成像系统

说明书

技术领域

本发明属于图像通信领域，涉及一种机载激光雷达的宽光束照明三维选通成像系统及成像方法。 

技术背景 

目前国内外利用机载激光雷达进行三维成像测量，主要是采用激光束扫描三维成像方式。激光扫描成像测量法是一种将地球表面点有效地映射到三维坐标中的直接系统，通过测量激光发射和接收的时间间隔，可测得平台到地球表面点的距离，这样根据激光束的方位角和测得的距离数据即可获得被测点相对于机载平台的三维坐标数据。通过激光束扫描对被测目标进行测量，则可进一步获得被测目标点云的三维坐标数据集，对点云的三维坐标数据进行拼接则可进一步获取被测目标的三维信息，即三维成像。但该技术仍存在一些问题，如扫描激光束要具有很高的指向精度，扫描指向精度会受到机械磨损的影响，要获取高密度的高程点需要发射激光具有很高的激光脉冲重复频率并具有足够的脉冲能量、很小的发散角、窄脉宽等特性，和通过长时间的激光点云扫描的数据获取等。此外，光机扫描还增加了系统的复杂度，使系统小型化、模块化变得比较困难。这些都给激光器的制造及系统集成提出了的挑战。针对上述问题，我们提出了机载激光雷达的宽光束照明三维选通成像系统。该技术能获取被测目标的三维信息，具有成像速度快、探测范围大、抗干扰能力强等优点。并且不需要激光束光机扫描系统，且所需激光脉冲频率也可大大降低。因而可大大降低系统的复杂度，提高易操作性、易维护性及测量数据的可靠性等。 

发明内容

本发明的目的是为了克服现有机载激光束扫描三维成像激光雷 达技术方案中的局限性，而提供一种具有成像速度快、探测范围大、测量数据可靠性高、系统复杂度低等优点的机载激光雷达的宽光束照明三维选通成像系统及成像方法。 

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。 

本发明的机载激光雷达的宽光束照明三维选通成像系统，包括飞机平台，系统控制机构、激光器、匀光扩束器、激光脉冲发射时间检测机构、大口径望远镜机构、ICCD(Intensified Charge Coupled Device)相机、信号处理机构，其中： 

1)飞行平台为装置飞行测量时的承载平台。 

2)系统控制机构包括装置中各部分的工作时序控制和装置各部分的软硬件控制，通过该部分，装置在计算机的控制下将根据指令有序、协调地工作。 

3)激光器为装置中的照明激光激光器。 

4)匀光扩束器的功能是对激光器发出激光束进行扩束，并使光束截面的光功率分布较为均匀。激光通过匀光扩束器后发出的宽光束激光束对被成像目标进行照明。 

5)激光脉冲发射时间检测机构用于检测激光脉冲发射的时间，并能实时获得激光脉冲的发射时间数据，该数据与发射激光脉冲指令时间相比较，能进一步获得激光脉冲发射时间的偏离数据；时间偏离数据将作为时序信号数据的一部分被传送到信号处理机构，用于装置测量数据的三维图像构建。 

6)大口径接收望远镜用于接收成像目标的激光照射反射光；大口径接收望远镜中包含一个对应于照明激光波长的滤光器，以使照明激光信号能被大口径接收望远镜高效接收，而其它杂散光和背景光信号被有效抑制。 

7)ICCD相机为增强型选通成像CCD相机(无成像镜头)，该相机置于大口径接收望远镜的输出光路上，ICCD相机的光电阴极位于大口径接收望远镜的成像面上，且大口径接收望远镜光轴垂直于ICCD相机的光电阴极平面，并通过其中心位置；并能进行时间选通成像， 通过时间选通功能，能获得被成像目标的高度信息。 

8)信号处理机构是指对ICCD相机的输出信号进行去噪、回波信号整形等进行初步回波信号处理，并根据时序控制数据和机载平台运动数据，对初步处理完成的ICCD相机输出信号进行三维图像构建、校正；另外，信号处理机构能根据测量数据，给出被成像目标一定范围内的平均高度初步估算值；根据平均高度初步估算值，控制软件能自动调整测量控制时序，选择合理的选通成像垂直探测范围，这样即可使选通成像一直处于合适的垂直探测范围内，并有效地获取成像目标的三维数据。