[发明专利]飞行时间原理的调制型漫反射表面反射成像方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种漫反射表面反射成像方法与系统，尤其是涉及一种飞行时间原理的调制型漫反射表面反射成像方法与系统。

背景技术

激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物，由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成，它能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。1967年，美国国际电话和电报公司研制的星载激光雷达用于航天飞行旗的交会对接，开启了激光雷达应用的先河。经过几十年的发展，激光雷达由简单到复杂、由低级到高级的发展过程，种类不断增加，功能不断完善，应用领域越来越广泛：在军事方面，主要有水雷探测激光雷达、化学试剂探测激光雷达、大气监测激光雷达、生化陆战激光雷达等；在测风方面，多普勒测风激光雷达利用光的多普勒效应，测量激光光束在大气中传输及其回波信号的多普勒频移来反演空间风速分布，具有高分辨率、高精度、大探测范围、提供晴空条件下三维风场信息的能力；除此之外，由于激光雷达测距精度高，可详细反映三维形态，实现非接触测量等优点，也广泛应用于气象、水土保持等方面。

漫反射多被用于生物组织的无损测量，利用漫反射研究生物组织的特性已经取得了长足的发展。生物组织是一种复杂的漫散射介质，当激光照射到生物组织表面时，一部分光能够到达组织内部的一定深度，其中部分被吸收，部分被散射回到组织表面，这部分光称为漫反射光。这样，漫反射光就携带有生物组织的“信息”，通过分析漫反射光谱，可以探测到生物组织的成分。

近年来，随着光电子和光信息处理技术的发展，空间光调制器得到了广泛的应用。空间光调制器（SLM）是一种能将信息加载于一个一维或二维光学数据场上，以有效地利用光的固有传播速度、互联能力和并行性的器件。此类器件可以在随时间变化的光驱动信号或者电驱动信号等的控制下，影响空间上光分布的位相、振幅、波长以及偏振态等信息，或者是改变入射光的相干性。利用它的这些性质，可将其作为实时光学信息处理和光计算等系统中的关键器件。

一般的主动成像系统，只能探测到直接被探测光照射的物体，如果目标物体被障碍物遮挡，成像系统则难以探测到目标物体的存在，因此传统的三维激光雷达不能探测被障碍物遮挡的物体，在许多应用场合中限制了三维激光雷达的工作范围。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种飞行时间原理的调制型漫反射表面反射成像方法与系统，用于探测到光学系统成像范围之外的隐藏物体，扩展三维激光雷达的成像范围。

本发明采用的技术方案包括：

一、时间原理的调制型漫反射表面反射成像方法

1）激光器发出的激光经过未加载相位的空间光调制器，再经过漫反射体表面反射到待测物体上，待测物体的反射光经过漫反射体表面再次反射后由数字处理器控制探测器接收，获得未加载相位的三维图像；

2）激光器发出的激光经过加载相位的空间光调制器调制，再经过漫反射体表面反射到待测物体上，待测物体的反射光经过漫反射体表面再次反射后由数字处理器控制探测器接收，获得加载相位的三维图像；

3）将步骤2）得到的加载相位的三维图像与步骤1）得到的未加载相位的三维图像相减，拟合出等高线图的椭圆分布情况；

4）重复步骤2）～步骤3），使得探测器接收2～10⁶次不同光子飞行时间下的加载相位的三维图像后分别拟合等高线图的椭圆分布情况，得出各个方向光束最集中的空间光调制器相位分布；

5）根据步骤4）得到的空间光调制器相位分布用激光器依次从各个方向扫描待测物体，并用探测器记录各个方向下的最终三维图像；

6）由步骤5）得到各个方向的最终三维图像利用光飞行时间方程反演出待测物体的成像。

所述的光飞行时间方程为如下公式：

t=2s/c

其中，s为从激光器发出的激光经空间光调制器和漫反射体到待测物体的光路距离，c为光速，t为飞行时间。

所述的步骤4）中的2～10⁶次不同光子飞行时间下的加载相位的三维图像按照顺序相位等值相加。

所述的漫反射体为墙壁、人造塑料板、沙土堆、岩石、地面、山体、云层或植被，所述的数字处理器为个人计算机、DSP或者嵌入式处理器。

二、时间原理的调制型漫反射表面反射成像系统