[发明专利]基于多次积分的三维成像雷达系统及方法

权利要求书

1.一种基于多次积分的三维成像雷达系统，其特征在于，它包括：LED光源（1）、光带通滤波器（2）、图像传感器（3）、电子快门（4）、数据处理器（5）和显示终端（6）等；其中，所述光带通滤波器（2）和电子快门（4）均固定在图像传感器（3）上，LED光源（1）和图像传感器（3）均与数据处理器（5）相连，数据处理器（5）和显示终端（6）相连；所述LED光源（1）产生一系列光脉冲串，这些光脉冲串照射在物体上，物体会依次将光反射回来；反射回来的光经过光带通滤波器（2）被图像传感器（3）感光，在图像传感器（3）上形成图像；对同一脉冲的反射光，图像传感器在电子快门的作用下在对其连续三次曝光成像，通过数据处理器（5）对这三幅幅图像的分析就能获得物体的轮廓信息和距离信息，最后通过显示终端（6）将结果显示出来；所述LED光源（1）是由能产生微秒纳秒级光脉冲的一个或多个脉冲光源组成，所述脉冲光源为LED或者激光器。

2.一种应用权利要求1所述系统的基于多次积分的三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）LED光源1产生一个光脉冲，在电子快门4控制的曝光时间内，图像传感器3连续采集三个由这个脉冲光在同一位置物体反射回来的光波，采集时间间隔为                                                ，得到前后三帧图像，其中前两帧图像像素数较低，后一帧图像像素较高；

（2）通过像素合并的方式将第三帧图像拟合成与前两帧图像相同像素的图像，可得第三帧图像的高像素与低像素图像，其中高像素图像由于像素较高包含了较多的物体轮廓信息；

（3）通过数据处理器5对前两帧图像和第三帧图像的低像素图像进行处理，得到物体的距离信息点；

波长为λ的光采集的两帧图像中产生的光强随距离的变化分别满足：

；

其中，表示前一帧的距离，表示后一帧的距离，表示光速，表示时间，表示波长的前一帧的光脉冲波形，表示权重，表示波长的后一帧的光脉冲波形，表示电子快门的波形，表示积分时间；

由上两式：可知对于同一距离物体的反射光在图像传感器3上的光强积分时间是有长短的，积分时间长的光强积分就大，积分时间短的光强积分就小；图像传感器3三次曝光都能够对所采集的光波进行光强积分，对于同一像素点可以得到三条积分曲线图，且由于CCD采集光波是光强在时域上的卷积，每个积分曲线都有一个顶点，三个点就能确定一条二次曲线，通过该曲线可以求出曲线的顶点，该顶点的横坐标就表示信号光往返的时间，即是物体的距离信息点；

（4）数据处理器5结合步骤3获得的物体的距离信息点和第三帧图像的轮廓信息即可得到物体具体距离信息，并最终在显示终端6上显示出来。