[发明专利]基于GPU并行计算的大场景隐藏目标成像系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于GPU并行计算的大场景隐藏目标成像系统与方法。该系统包括激光发射器、中介反射面、微透镜组、盖革APD阵列探测器、距离选通模块、时间相关光子计数器以及数据处理单元；激光发射器发出的激光经过中介反射面第一次漫反射照亮隐藏目标，隐藏目标将一部分反射光再次经过漫反射体进入光学系统，距离选通模块滤除一次反射光，有效回波经微透镜组被盖革APD阵列探测器采集并触发时间相关光子计数器，得到的时间相关光子计数直方图送入数据处理单元，经并行处理完成后期的重建成像算法，将隐蔽物体可视化呈现。采用本发明高速的、并行的处理光子信号实现了探测视域之外的大场景的隐藏目标的三维成像的工作。

技术领域

本发明属于光电成像技术领域，具体涉及一种基于GPU并行计算的大场景隐藏目标成像方法与系统。

背景技术

隐藏目标成像技术主要用于探测城市街道拐角处、房屋内的隐藏物体，能够绕过拐角或障碍物对隐藏目标物体成像，实现视线以外区域定位目标，可以有效防止城市交通事故、定位灾难救援中生命体的位置、提升军队的作战能力，有很好的发展前景。

在这些应用中，由于隐藏目标不在观察者视场，无法通过传统的透镜成像方法直接在像面上获得隐藏目标的图像，而要通过计算成像的方法来获得隐藏目标信息，然后通过数学重建方法来还原隐藏目标的三维形状。这对成像系统的设计提出了非常高的要求。

隐藏目标应用场景多为漫反射场景，如衣服、墙壁、桌椅等都是比较理想的漫反射面，向表面各个方向都有辐射。这也就意味着利用玻璃等反射面进行探测无法满足实际需求；同时经过计算如果在日常场景中对隐藏目标进行探测，由于多次漫反射使得接收的光回波信号能量极其徼弱，通常微弱到只有若干个光子能量，甚至是单光子，因此对环境光、噪声影响非常敏感；

目前的重建方法运算量会随隐藏空间扩大而显著增大，应用漫反射成像的研究被限制在了几十厘米的人造场景内，无法达到实用要求。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于GPU并行计算的大场景隐藏目标成像方法与系统，能够高速的、并行的处理光子信号实现了探测视域之外的大场景的隐藏目标的三维成像的工作。

本发明采用的技术方案：

本发明提供了一种基于GPU并行计算的大场景隐藏目标成像系统，其特征在于：包括激光发射器、中介反射面、微透镜组、盖革APD阵列探测器、距离选通模块、时间相关光子计数器以及数据处理单元；

激光发射器发射的出射激光经过中介反射面形成的第一漫反射光；隐藏目标位于第一漫反射光的光路上并对第一漫反射光部分进行二次反射形成第二漫反射光；第二漫反射光再次经过中介反射面的漫反射后形成第三漫反射光；距离选通模块、微透镜组以及盖革APD阵列探测器均位于第三漫反射光的光路上；

盖革APD阵列探测器与时间相关光子计数器连接；时间相关光子计数器与数据处理单元连接；

距离选通模块用于滤除进入盖革APD阵列探测器的第一漫反射光和第二漫反射光，仅允许第三漫反射光进入盖革APD阵列探测器；

时间相关光子计数器对第三漫反射光中光子数的分布情况进行统计；

数据处理单元包括同步电路、存储单元、GPU处理单元以及显示器；

同步电路用于保证激光发射器发射激光、距离选通模块开启或关闭以及时间相关光子计数器开启计时同步进行；

存储单元用于储存时间相关光子计数器发送来的光子数的分布情况进行统计和分析结果；

GPU处理单元用于对光子数的分布情况进行统计和分析结果进行反演处理；

显示器用于将GPU处理单元得到的反演处理结果转换成隐藏目标的图像显示出来。