[发明专利]激光成像回波波形和层次特征获取方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光成像领域，特别是关于一种激光成像回波波形和层次特征获取方法及装置。

背景技术

随着激光技术、激光接收技术的进步，随着社会各领域对高精度探测需求的日益增长，激光成像技术正越来越受到人们的广泛关注。特别是近年来其在遥感、测绘、大气观测、资源调查等领域的逐步应用，更推动了成像技术不断向前发展。

利用高亮度、高方向性和高相干性的激光对目标进行探测而直接成像技术，可以构成机载、星载和陆基激光成像系统。利用激光主动探测，可以对目标进行测距，获取目标高分辨距离数据。结合平台姿态数据，如机载平台的全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)可以直接得到目标的三维影像信息，而且其图像和三维坐标是完全匹配的，无需另外的地面控制点，进一步，还可以达到对目标的三维识别和分类，实现高分辨率、高效、准确、主动、直接对地三维成像。激光成像作为一种主动探测成像方式较少受环境、气候、目标光照和对比度的影响，可以全天候工作，特别适合于工程应用和军事观察。

激光成像的基本原理是向目标发射窄激光束脉冲，然后探测该目标上的被照射点的激光回波，通过测量回波脉冲时延对目标被照射点测距，利用距离数据生成目标的点云图像。目前常见的激光成像系统，如扫描式激光成像系统和推帚式激光成像系统都是基于上述原理工作的。然而，根据激光成像原理，激光回波脉冲是激光发射脉冲被目标调制的结果。回波脉冲之中蕴含了目标的各种特征信息，如回波时延反映了目标的距离信息、回波功率反映了目标的反射率信息、回波波形分布反映了目标的结构信息。因而，现有的激光成像技术将一个光斑视为一个像素，把利用光斑内目标回波时延信息测量得到的距离值作为光斑内目标的距离平均值，光斑内目标的分布和起伏信息并不能提取，不能实现激光成像的超分辨分析。且当前的激光成像系统多采用脉冲触发模式，发射脉冲时开始计数，目标回波脉冲到达探测系统时停止计数，因此这种方式往往只能探测同一发射脉冲的首回波，当目标存在一定遮挡、分层，如树林、草丛等情况，只能成出目标遮挡物或分层目标的外层，激光对目标的穿透能力没有得到充分的利用。同时，目前的激光成像系统为了达到更好的处理效果往往为系统加装可见光成像或高光谱成像设备，以期利用激光成像数据与可见或高光谱成像数据融合，实现对目标信息的提取。然而，这不但增加了系统的复杂度和各分系统协同控制难度，而且激光成像数据与可见或高光谱图像之间存在着成像区域、图像分辨率和数据格式的不同，这都增加了数据融合处理的工作量和工作难度，而目标的灰度图像同样反映了目标的二维结构信息，且与激光点云图像存在一一对应关系，其每一像素的灰度值直接反映了目标各点对激光的反射率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术和系统的不足，提供一种激光成像回波波形和层次特征获取方法，解决现有技术和系统激光回波信息量获取较少，回波信息获取能力不足的问题，实现激光目标的多层次成像、灰度成像、和波形特征提取。本发明提供的激光成像回波波形和层次特征获取方法主要包括以下步骤：

a、利用激光器发射激光脉冲，通过发射脉冲阈值探测产生计数脉冲，驱动多回波时延测量单元开始计数和最大不失真波形采集单元开始波形采集。

b、将激光回波脉冲放大后同时送入多回波时延测量单元和最大不失真波形采集单元，分别对目标回波进行多回波时延测量和目标回波全波形的实时采集。

c、利用多回波时延数据得到目标多层次距离特征数据并成出目标点云图像。

d.利用回波功率特征提取算法从回波脉冲波形数据提取回波功率特征，利用回波波形分布特征提取算法提取波形展宽、变形及波形分布特征，并生成目标灰度图像和波形特征数据。

其中，本发明的多回波时延测量是利用激光脉冲经具有多个层次目标反射后，回波将分裂为多个子回波，对每个子回波的时延信息进行测量，可实现目标的多层次成像。本发明的灰度图像是将全波形数据提取得到的回波功率数据、以及系统平台数据综合生成的。