[发明专利]一种基于相邻帧差的距离选通激光雷达成像方法

摘要

本发明提出一种基于相邻帧差的距离选通激光雷达成像方法，包括S1、信号发生器触发激光器工作，经过Δτ时间后激光器向单一目标发射激光脉冲，同时触发延时器工作；S2、当延时器第一次受触发后，延时器会开始计时，计时满Δτstep后，延时器触发ICCD工作；延时器对于之后的每次触发，其延时时间会依次增加一个步长Δτstep；S3、每次ICCD受触发工作后，ICCD接收反射回的激光信号并得到强度图像；S4、通过计算机对ICCD传送来的图像数据进行处理，将相邻两帧强度图像进行差值处理，以得到ICCD选通门前、后沿所对应的有效距离；S5、根据ICCD选通门前或后沿所对应的各有效距离可分别重建目标的三维图像。上述方法成像速度快、距离分辨率高、成像范围大、数据处理简单。

主权项

1.一种基于相邻帧差的距离选通激光雷达成像方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：/n步骤1、信号发生器触发激光器工作，经过Δτ时间后，激光器向单一目标发射脉冲宽度为τ_p的激光脉冲，同时触发延时器工作；/n步骤2、当延时器第一次受触发后，所述延时器会开始计时，当计时满Δτ_step后，所述延时器触发ICCD工作；所述延时器对于之后的每次触发，延时器的延时时间会依次增加一个步长Δτ_step，即针对激光器之后发射的每个激光脉冲，延时器的延时时间会依次增加一个步长Δτ_step；/n步骤3、每次ICCD受触发工作后，所述ICCD接收反射回的激光信号并得到强度图像；/n步骤4、通过计算机对ICCD传送来的图像数据进行处理：/n在计算机中，将相邻两帧强度图像进行差值处理，以得到ICCD选通门前沿以及后沿所对应的有效距离，将ICCD选通门前沿所对应的有效距离记作r_front，将ICCD选通门后沿所对应的有效距离记作r_back，具体处理过程如下：假设k为刚探测到目标图像时所对应的激光脉冲数或者波长数，其中k为正整数，且k≥3；/n则激光器发出的第(k-2)个激光脉冲以及第(k-1)个激光脉冲对应的延时器的延时时间分别为(k-2)Δτ_step和(k-1)Δτ_step，延时器触发ICCD接收第(k-2)帧强度图像和第(k-1)帧强度图像，该第(k-2)帧强度图像的强度为I_(k-2)，第(k-1)帧强度图像的强度为I_(k-1)，此时，ICCD接收到的强度图像所处位置位于目标之前，ICCD此时接收的强度图像的目标像素强度值为低；/n将第(k-1)帧强度图像与第(k-2)帧强度图像相减，并将得到的每个像素强度差值与预设的阈值δ作比较，此时，每个像素强度差值均小于δ，则将这两帧强度图像的像素所对应的距离视为无效距离，将其距离设为无限远；/n激光器发出的第k个激光脉冲对应的延时器的延时时间为kΔτ_step，延时器触发ICCD接收第k帧强度图像，该第k帧强度图像的强度为I_k，此时，ICCD接收到的强度图像所处位置为刚探测到目标，ICCD此时接收的强度图像的目标像素强度值为高；/n将第k帧强度图像与第(k-1)帧强度图像相减，并将得到的每个像素强度差值与预设的阈值δ作比较，将像素强度差值大于δ的像素所对应的距离视为有效距离，记作ICCD选通门前沿所对应的一个有效距离r_front；/n激光器发出的第(k+1)个激光脉冲对应的延时器的延时时间为(k+1)Δτ_step，延时器触发ICCD接收第(k+1)帧强度图像，该第(k+1)帧强度图像的强度为I_(k+1)，此时，至少局部目标位于ICCD的选通门内，ICCD此时接收的强度图像的目标像素强度值为高；/n将第(k+1)帧强度图像与第k帧强度图像相减，并将得到的每个像素强度差值与预设的阈值δ作比较，将像素强度差值大于δ的像素所对应的距离视为有效距离，记作ICCD选通门前沿所对应的一个有效距离r_front；/n当第(k+1)帧强度图像对应的是局部目标位于ICCD的选通门内时，继续发出激光脉冲，直到激光器发出的第(k+m)个激光脉冲对应的延时器的延时时间为(k+m)Δτ_step，其中m为正整数，且m≥2，延时器触发ICCD接收第(k+m)帧强度图像，该第(k+m)帧强度图像的强度为I_(k+m)，此时，目标全部位于ICCD的选通门内，ICCD此时接收的强度图像的目标像素强度值为高；/n将第(k+m)帧强度图像与第(k+m-1)帧强度图像相减，并将得到的每个像素强度差值与预设的阈值δ作比较，将像素强度差值大于δ的像素所对应的距离视为有效距离，记作ICCD选通门前沿所对应的一个有效距离r_front；/n激光器之后发出的w个激光脉冲对应w帧强度图像，w为自然数，当这w帧强度图像对应的均是目标全部位于ICCD的选通门内时，则这w帧强度图像以及这w帧强度图像之前的一帧强度图像，这些帧强度图像中的相邻两帧强度图像之间相减，将得到的每个像素强度差值与预设的阈值δ作比较，此时，每个像素强度差值均小于δ，则将相邻两帧强度图像的像素所对应的距离视为无效距离，将其距离设为无限远；/n之后，激光器发出第(k+h)个激光脉冲对应的延时器的延时时间为(k+h)Δτ_step，其中h为正整数，延时器触发ICCD接收第(k+h)帧强度图像，该第(k+h)帧强度图像的强度为I_(k+h)，此时，局部目标位于ICCD的选通门内，ICCD此时接收的强度图像的目标像素强度值为高；/n将第(k+h)帧强度图像与上一帧强度图像相减，其中上一帧强度图像对应目标全部位于ICCD的选通门内，并将得到的每个像素强度差值的绝对值与预设的阈值δ作比较，将像素强度差值的绝对值大于δ的像素所对应的距离视为有效距离，记作ICCD选通门后沿所对应的一个有效距离r_back；/n激光器发出的第(k+h+1)个激光脉冲对应的延时器的延时时间为(k+h+1)Δτ_step，延时器触发ICCD接收第(k+h+1)帧强度图像，该第(k+h+1)帧强度图像的强度为I_(k+h+1)，此时，最多有局部目标位于ICCD的选通门内，当局部目标位于ICCD的选通门内时，ICCD此时接收的强度图像的目标像素强度值为高；当该第(k+h+1)帧强度图像所处位置恰好在目标之后时，ICCD此时接收的强度图像的目标像素强度值为低；/n将第(k+h+1)帧强度图像与第(k+h)帧强度图像相减，并将得到的每个像素强度差值的绝对值与预设的阈值δ作比较，将像素强度差值的绝对值大于δ的像素所对应的距离视为有效距离，记作ICCD选通门后沿所对应的一个有效距离r_back；/n当第(k+h+1)帧强度图像对应的是局部目标位于ICCD的选通门内时，继续发出激光脉冲，直到激光器发出的第(k+h+n)个激光脉冲对应的延时器的延时时间为(k+h+n)Δτ_step，其中n为正整数，且n≥2，延时器触发ICCD接收第(k+h+n)帧强度图像，该第(k+h+n)帧强度图像的强度为I_(k+h+n)，此时，该强度图像所处位置恰好在目标之后，ICCD此时接收的强度图像的目标像素强度值为低；/n将第(k+h+n)帧强度图像与第(k+h+n-1)帧强度图像相减，并将得到的每个像素强度差值的绝对值与预设的阈值δ作比较，将像素强度差值的绝对值大于δ的像素所对应的距离视为有效距离，记作ICCD选通门后沿所对应的一个有效距离r_back；/n激光器之后发出的激光脉冲对应的强度图像，这些强度图像所处位置均在目标之后，因此这些强度图像中的相邻两帧强度图像之间相减，并将得到的每个像素强度差值与预设的阈值δ作比较，此时，每个像素强度差值均小于δ，则将相邻两帧强度图像的像素所对应的距离视为无效距离，将其距离设为无限远；/n步骤5、根据ICCD选通门前沿所对应的各有效距离r_front可重建目标的三维图像；根据ICCD选通门后沿所对应的各有效距离r_back也可重建目标的三维图像。/n