[发明专利]一种基于单光子三维成像系统的成像方法

说明书

本发明涉及一种单光子三维成像系统及其成像方法，成像系统包括：收发共孔径光路、激光发射单元、单光子探测单元、扫描振镜单元和数据处理系统；收发共孔径光路包括穿孔反射镜，激光发射单元发射的激光经过穿孔反射镜的通孔进入收发共孔径光路；回波光信号经过穿孔反射镜的反射面反射后进入单光子探测单元；扫描振镜单元设置在收发共孔径光路上，控制调节激光发射方向和回波光信号接收方向；数据处理系统根据出射激光和回波光信号的数据进行三维图像重构。采用激光收发共孔径方案，结构紧凑，可靠性高。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种单光子三维成像系统及其成像方法。

背景技术

激光雷达技术具有非常广泛的应用，例如卫星遥感和机载监视。随着需求的不断增长，应用平台对激光雷达系统提出了更高要求，其要求成像系统体积重量更小，功耗更低，作用距离更远，具有超远距离的高分辨率三维成像能力。随着单光子探测技术的发展，基于单光子探测的TCSPC(Time-correlated single-photon counting,时间相关单光子计数)激光雷达可以满足这些苛刻的要求。特别是，单光子探测器可以提供单光子灵敏度和超高的时间分辨率，这种高灵敏度允许使用更低功率的激光器，并且具有更远的探测距离。因此，开发用于远程三维成像的单光子激光雷达具有非常重要的意义。

然而由于发射激光的后向散射，系统接收到的信号会包含有大量的后向散射噪声，这些后向散射噪声制约了系统的探测信噪比，因此需要采用一定的手段来降低后向散射的影响。此外，由于单光子测量的特性，在进行三维成像时，每个像素点所获得的平均信号光子数量只有十几个甚至几个，并且这些信号光子还淹没在大量的背景噪声和暗计数中，获得这些信号光子技术非常困难，而采用时间相关单光子计数的方法则需要发射多次脉冲，进行测量统计，探测时间相对较长，因此需要开发特殊的单光子三维成像方法。

现有技术公开的单光子三维成像系统成像距离可以达到公里级别。但是，从其公布的数据中可以看出，其成像结果非常简单，空间分辨率和距离分辨率都相对较低。此外，由于激光发射距离较远时，目标上的光斑面积较大，进而导致远距离成像效果较差，不能满足高分辨率成像的要求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种单光子三维成像系统及其成像方法，解决现有技术中单光子三维成像系统成像效果较差的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种单光子三维成像系统，包括：收发共孔径光路、激光发射单元、单光子探测单元、扫描振镜单元和数据处理系统16；

所述收发共孔径光路包括穿孔反射镜03，所述激光发射单元发射的激光经过所述穿孔反射镜03的通孔进入所述收发共孔径光路；回波光信号经过所述穿孔反射镜03的反射面反射后进入所述单光子探测单元；

所述扫描振镜单元设置在所述收发共孔径光路上，控制调节激光发射方向和回波光信号接收方向；

所述数据处理系统根据出射激光和回波光信号的数据进行三维图像重构。

一种基于上述单光子三维成像系统的成像方法，包括：

步骤1，所述激光发射单元发射脉冲激光时向所述单光子探测单元发送触发信号；

步骤2，所述单光子探测单元标记收到的第一个所述脉冲信号的时间t_ij，并记录到t_ij时间为止所述激光器发射的脉冲光的次数n_ij；

其中，(i，j)表示在所述扫描振镜单元控制下的像素点位置；

步骤3，所述单光子探测单元判断第一次接收到的回波信号时向所述扫描振镜单元发送终止当前探测流程的信号，所述扫描振镜单元收到所述信号后运动到下一个位置，循环执行步骤1-2直至所述扫描振镜单元完成所有位置的移动；