[发明专利]一种空间目标立体成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对空间目标进行成像技术，特别是一种空间目标立体成像装置及方法。

背景技术

众所周知，空间目标是呈三维分布的，其在空间的分布需要三个坐标参量进行描述。通常多采用三维直角坐标系对其进行描述。通常的照相机或摄像机对目标物成像时，只能得到其在照相底板上的平面投影，反映的是目标物在与底板平面平行的方向上的坐标变化，只包含了两个坐标参量的变化信息。无法反映目标与底板垂直方向上的坐标参量的变化，也就是说，所获得的影像丢失了目标物在一个方向上的坐标信息，这个坐标信息为目标物在相机底板上各个像素点的距离信息，通常称目标物的距离像。为了弥补传统摄影器材的这个缺点，人们发明了采用两个相机对同一对象从不同角度进行照相的立体成像技术，通过计算获得目标物的距离像，弥补了单个相机成像的缺陷。但是这种立体成像技术对于远距离的目标却很不实用。这种情况下，为了让相机取得比较好的立体成像效果，往往需要将两个相机分开很大的距离，这在很多情况下是难以实现的。所以对远距离目标物的三维像的获取，尚未得到很好解决。同时，双相机立体成像系统还有一个明显的缺点，就是在判断两个相机对应像素点的时候存在很大误差，导致了对距离计算时产生很大误差。

自从激光技术发明以来，人们已经掌握了利用激光脉冲进行空间测距的技术，特别是，目前利用脉冲激光器的测距范围已经达到10公里以上，人们由此看到了解决问题的曙光。激光脉冲进行测距的基本原理是，由激光器发射一个激光脉冲，射向目标物，激光脉冲离开发射器时开始计时。当激光脉冲到达目标，由于目标的反射和散射，一部分激光信号返回，返回信号经过一段时间的空间传播后，到达测距机的探测器，探测器收到返回信号后立刻停止计时。假定这期间计时器所记录的时间为t，则目标物到测距机的距离S可以计算如下：

S＝0.5Ct    (1)

其中C表示光在空气中的速度。

这种测距技术所带来的误差，通常用脉冲的宽度来估算，假定激光脉冲的半宽度为τ，则距离误差估算如下:

σ＝Cτ    (2)

目前这种测距技术所采用的探测器的接收元件通常为光电二极管或雪崩光电二极管。

这种测距技术的缺点是只能测量目标物到测距机的平均距离，不能给出目标物的图像以及图像上各个像素点的距离分布信息。

为了在激光测距中，能够对目标成像，人们提出了利用光电二极管或雪崩光电二极管构成阵列进行探测的方案。也就是将光电二极管或雪崩光电二极管排列成二维阵列或一维阵列，通过成像镜头将目标成像于该阵列，阵列中每个单管对应一个像素。分别记录激光脉冲发出以后，每个单管接收到返回信号的时间t₁,t₂,......,t_n,则利用公式便可以计算每个单管所对应的目标物上相应点的距离，见公式(3)。于是便可以得到目标的距离像。

s1=Ct1s2=Ct2........sn=Ctn---(3)]]>

每点距离值的误差均由公式(2)估算。

目前无论是光电二极管阵列还是雪崩光电二极管阵列，其分辨率均比较低，而且体积大结构复杂，且成本偏高。

发明内容