[发明专利]距离选通编码超分辨率三维成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种基于三角形能量包络的距离选通编码超分辨率三维成像属于三维成像方法。 

背景技术

距离选通三维成像技术是一种新型的主动式光学三维成像技术，可广泛应用于水下成像、避障导航、目标身份识别和地形地貌测绘等领域，特别是复杂背景或恶劣天气环境下的低对比度目标探测。 

目前距离选通三维成像技术主要有三种：步进延时扫描三维成像、增益调制三维成像和超分辨率三维成像。步进延时扫描三维成像主要是通过距离向上的精细切片扫描后获取大量的空间切片图像，然后切片图像空间叠加实现三维重构的，该技术代表性研究单位是丹麦科技大学。增益调制三维成像是通过对成像器件选通门的增益控制获取两幅图像反演目标三维信息的，其中一幅图是选通增益为固定值时获得的空间切片图像，另一幅图是对选通门增益进行线性或非线性调制后获得的空间切片图像，该图像包含目标的距离增益信息，根据两幅切片图像间的能量关系进行三维重构，该技术代表性研究单位是浙江大学和哈尔滨工业大学。超分辨率三维成像是通过回波展宽效应构造满足特定几何形状的距离能量包络，可通过两幅图像反演获得目标的三维信息，该技术代表性研究单位是法德圣路易斯研究院和中国科学院半导体研究所，其中前者是通过梯形距离能量包络实现三维重构的，后者是通过三角形距离能量包络实现三维成像的。上述距离选通三维成像技术中，步进延时扫描三维成像的数据量大、实时性差；增益调制三维成像和超分辨率三维成像的数据量小，实时性好，但是相同系统参数下，超分辨率三维成像的距离分辨率高于增益调制三维成像。虽然如此，但欲获取大景深场景或目标的高距离分辨率三维空间信息，传统的超分辨率三维成像仍存在很大问题。以中国科学院半导体研究所提出的 距离选通超分辨率三维成像方法为例(王新伟等，一种距离选通超分辨率三维成像装置及方法，中国发明专利，申请号：201210430995.6)，如图1(b)所示，采用该发明专利中的方法可通过两幅具有三角形距离能量包络的选通图像反演获取图1(a)中树的三维图像，但是欲获得大景深感兴趣区的三维图像，同时保持与图1(b)中相同的距离分辨率，则只能采用与图1(b)中具有相同景深大小的三角形距离能量包络空间切片扫描大景深感兴趣区，如图1(c)所示，通过增加图像数量的方式实现大景深、高分辨率三维成像，即通过获取N+1幅具有三角形距离能量包络的选通图像反演大景深感兴趣区的三维图像，该方案虽然较传统的步进延时扫描三维成像降低了数据量，并提高了实时性，但是依然存在数据量较大和实时性较差的问题，无法实现避障导航、目标侦察等应用领域所需的高实时性、大景深、高分辨率三维成像。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

针对上述现有技术存在的不足之处，为了进一步提高超分辨率三维成像的距离分辨率，满足对于大景深高分辨率三维信息获取的应用需求，本发明的主要目的在于提出一种基于三角形能量包络的距离选通编码三维成像的方法，以实现对大景深场景的高距离分辨率三维重建目的。 

(二)技术方案 

为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下： 

一种距离选通编码超分辨率三维成像方法，其包括： 

步骤1、按照选通编码规则生成编码工作时序，以对脉冲激光器和选通成像器件进行时域编码调制产生所需的激光脉冲序列和选通脉冲序列； 

步骤2、在选通脉冲序列和激光脉冲序列卷积作用下，在空域产生M个具有三角形能量包络特征的选通编码空间采样序列GCS，并对成像视场内待三维成像的感兴趣区进行空间编码采样，生成M幅选通编码图像； 

步骤3、通过对所述M幅选通编码图像中N条不同码道的信号进行三角形超分辨率三维成像解调实现三维重建，获取感兴趣区的三维空间信息。 

(三)有益效果 

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果： 

1、利用本发明，由于采用三角形超分辨率三维成像解调，扩大了像素灰度比动态范围，所以，相对于传统的梯形超分辨率三维成像解调算法，具有更高的距离分辨率 

2、利用本发明，由于采用编码的方式实现距离选通超分辨率三维成像，所以，相对于未采用编码技术的基于三角形能量包络的距离选通超分辨率三维成像，相同工作景深下具有更高的距离分辨率，可兼顾大工作景深和高距离分辨率的应用需求，并可压缩数据量，提高实时性。 

附图说明

图1是传统距离选通超分辨率三维成像原理示意图；