[发明专利]稀疏孔径压缩计算关联飞行时间四维光谱成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀疏孔径四维光谱成像领域，特别涉及一种稀疏孔径压缩计算关联飞行时间四维光谱成像系统及方法。

背景技术

随着激光技术和光电探测器的发展，许多种类的光雷达系统都已经广泛应用于风探测、绕过障碍物成像、大气探测、水下探测等领域。激光雷达（LiDAR，Light Detection and Ranging）就是一种典型的以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的光雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞行目标进行探测、跟踪和识别。但由于激光受天气和大气影响较大，在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响，而且激光雷达的波束极窄，在空间搜索目标非常困难，只能实现单波长小范围的探测。

飞行时间的四维光谱成像系统主要能获取空间二维、场景深度信息、光谱信息共计四个维度的信息。常见的四维激光雷达系统通过单像素探测设备的机械扫描来获取横截面的二维空间分布信息，其中的光谱测量主要通过更换不同波长的激光器或添置滤光片轮的方式来获取光谱多波长的信息，这种方式获取的光谱范围十分有限。在过去的十年中，由于激光雷达系统存在机械扫描时间长且牺牲了空间分辨率等缺陷，国际上发展出一种新型的具有空间分辨能力的阵列测距探测器来取代传统的扫描方式，这种装置同样能够实现隐遁在植被和障碍物后的物体图像的重建工作。一般称这样的探测设备为飞行时间（TOF，Time of flight）照相机，所谓飞行时间法四维成像，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来得到目标物距离。这种技术跟四维激光传感器原理基本类似，只不过四维激光传感器是逐点扫描，而TOF相机则是同时得到整幅图像的深度信息，但现有的TOF相机的制造工艺存在一定限制，最高的像素大小也仅为320×240，其读取速度也极大影响了整机的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的飞行时间的四维光谱成像系统像素低，读取速度慢等缺陷，从而提供一种具有高谱分辨率的四维光谱成像系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种稀疏孔径压缩计算关联飞行时间四维光谱成像系统，包括脉冲光源发射单元20、扩束透镜19、第四准直透镜18、随机光学调制单元17、全反射镜16、偏振光分束器15、第一透镜14、束斑合成单元13、稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元、光扩束准直单元21、光谱分光单元22、会聚收光单元23、线阵光探测器24、飞行时间相关单元和压缩计算关联算法模块25；其中，所述稀疏孔径单元包括至少三个子望远镜透镜，所述自由空间准直单元包括至少三个准直透镜，所述光束反射单元包括至少三个反射镜组；一子望远镜透镜、一准直透镜、一反射镜组形成一条光路；所述飞行时间相关单元包括脉冲宽度调节单元28、可调延迟单元27和同步信号源26；