[发明专利]一种距离选通超分辨率三维成像装置及方法

权利要求书

1.一种距离选通超分辨三维成像装置，其特征在于，该装置包括触摸屏显示器(8)、中心处理器(9)、时序控制器(10)、脉冲激光器(11)、照明光学镜头(12)、选通面阵成像器件(13)和成像光学镜头(14)；其中，脉冲激光器(11)和照明光学镜头(12)连接构成照明单元；选通面阵成像器件(13)和成像光学镜头(14)连接构成成像单元；触摸屏显示器(8)、中心处理器(9)和时序控制器(10)构成系统控制及显示单元。

2.根据权利要求1所述的距离选通超分辨率三维成像装置，其特征在于，所述脉冲激光器(11)是该距离选通超分辨率三维成像装置的照明光源，采用具有方波时域脉形的半导体激光器，在TTL触发信号触发下输出具有方波时域脉形的激光脉冲，并经照明光学镜头(12)发射对前视视场进行照明，当激光脉冲传至目标后被目标散射或发射形成后向传播的回波信号。

3.根据权利要求1所述的距离选通超分辨率三维成像装置，其特征在于，所述照明光学镜头(12)用于发射所述脉冲激光器输出的脉冲激光，在所述中心处理器(9)控制下可对激光的发散角进行调节，实现照明视场的控制。

4.根据权利要求1所述的距离选通超分辨率三维成像装置，其特征在于，所述选通面阵成像器件(13)是该距离选通超分辨率三维成像装置的成像探测器件，是具有选通功能的面阵成像阵列，其选通功能由TTL触发信号触发工作，该选通面阵成像器件(13)像元数为I×J，其中I为选通面阵成像阵列的行数，J为选通面阵成像阵列的列数。当外触发信号触发选通面阵成像器件(13)时，选通功能开启，形成具有方波时域脉形的选通脉冲，选通脉冲脉宽对应的是选通面阵成像器件(13)的有效曝光时间，在此曝光时间内接收由成像光学镜头(14)收集的来自前视视场内激光照射目标形成的回波信号。

5.根据权利要求1所述的距离选通超分辨率三维成像装置，其特征在于，所述成像光学镜头(14)用于收集目标回波信号，在所述中心处理器(9)控制下能够调节成像视场。

6.根据权利要求1所述的距离选通超分辨率三维成像装置，其特征在于，所述时序控制器(10)是该距离选通超分辨率三维成像装置的时序发生器，接收来自所述中心处理器(9)发送的设置命令，产生该距离选通超分辨率三维成像装置工作所需的三维成像工作时序，输出两路TTL触发信号分别触发所述脉冲激光器(11)和所述选通面阵成像器件(13)工作，实现所需成像功能。

7.根据权利要求1所述的距离选通超分辨率三维成像装置，其特征在于，所述触摸屏显示器(8)用于设置该距离选通超分辨率三维成像装置的工作参数并具有图像显示功能，该触摸屏显示器具有触摸屏功能，与所述中心处理器(9)连接，供用户设置工作参数，同时，用于显示中心处理器(9)处理后的三维图像；该触摸屏显示器(8)还与选通面阵成像器件(13)相连，显示选通面阵成像器件(13)输出的二维切片图像。

8.根据权利要求1所述的距离选通超分辨率三维成像装置，其特征在于，所述中心处理器(9)用于将所述触摸屏显示器(8)输入的工作参数设置命令分别发送给与该中心处理器(9)相连接的所述时序控制器(10)、所述照明光学镜头(12)和所述成像光学镜头(14)，并存储所述选通面阵成像器件(13)输出的二维切片图像，并对这些二维切片图像数据进行处理，实现三维重构得到三维图像，将该三维图像传给所述触摸屏显示器(8)。

9.一种距离选通超分辨率三维成像方法，应用于权利要求1至8中任一项所述的距离选通超分辨率三维成像装置，其特征在于，该方法采用脉冲激光器作为照明光源，采用选通面阵成像器件接收目标回波信号，利用距离选通成像构造具有三角形距离能量包络的空间切片，并在三维成像工作时序下获取前视视场的二维切片图像，然后基于摄像机坐标系建立二维切片图像与三维空间切片的对应关系，由相邻切片图像间重叠区像素灰度比与距离能量比之间的映射关系反演出二维切片图像每个像素对应的三维空间单元的距离信息，从而获得前视视场的距离图，然后基于该距离图通过摄像机针孔模型反演出每个像素对应的空间单元的三维空间信息，实现三维成像。