[发明专利]稀疏孔径压缩计算关联飞行时间的三维成像系统及方法

权利要求书

1.一种稀疏孔径压缩计算关联飞行时间的三维成像系统，其特征在于，包括脉冲光源发射单元（19）、扩束透镜（18）、第四准直透镜（17）、随机光学调制单元（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、全反射镜（20）、会聚收光透镜（21）、光探测器（22）、飞行时间相关单元和压缩计算关联算法模块（26）；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（23）、可调延迟单元（24）和同步信号源（25）；

所述同步信号源（25）同步发出两路信号，一路为所述脉冲光源发射单元（19）提供触发信号，另一路则通过所述可调延迟单元（24）、脉冲宽度调节单元（23）为所述光探测器（22）提供门控信号；所述脉冲光源发射单元（19）在所述同步信号源（25）发出的触发信号的控制下发光，所发出的光经所述扩束透镜（18）扩束、第四准直透镜（17）准直后照射到所述随机光学调制单元（16），所述随机光学调制单元（16）根据调制散斑光场对光进行随机调制，然后通过所述偏振光分束器（15）将调制后的光反射到所述第一透镜（14）；接着依次通过所述束斑合成单元（13）、光束反射单元、自由空间准直单元以及稀疏孔径单元传播到待测物体；待测物体反射所接收到的光，反向传播通过稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束反射单元，到达所述束斑合成单元（13），在所述束斑合成单元（13）上实现稀疏孔径直接成像，然后通过所述第一透镜（14）将稀疏孔径直接成像映射到所述偏振光分束器（15）；所述偏振光分束器（15）将所接收的光通过所述全反射镜（20）后进入所述会聚收光透镜（21），接着通过所述会聚收光透镜（21）聚焦到所述光探测器（22）；所述光探测器（22）在所述同步信号源（25）发出的门控信号的控制下采集光信号，输出测量数向量；所述随机光学调制单元（16）中的阵列单元每调制一次，由所述同步信号源（25）记录下每次所述光探测器（22）上光子到达时间以作为时间戳信息，并通过所述可调延迟单元（24）为所述光探测器（22）加载与先后两束聚集光子团到达时间的间隔等长的延迟信号，以控制所述光探测器（22）门控信号的延迟到达，在该延迟时间间隔内累计探测到达的所有光强，实现光电信号采集和AD转换，然后将时间戳信息加入所述测量数向量中，输入到压缩计算关联算法模块（26）；所述计算关联算法模块（26）计算出随机光学调制单元（16）上的调制散斑光场自由空间传播到物面上的光场分布，以得到最终测量矩阵，并根据所述时间戳信息、最终测量矩阵和测量数向量通过压缩计算关联算法重构反射物体的三维图像。

2.根据权利要求1所述的稀疏孔径压缩计算关联飞行时间的三维成像系统，其特征在于，所述稀疏孔径单元包括第一子望远镜透镜（1）、第二子望远镜透镜（2）和第三子望远镜透镜（3）；所述自由空间准直单元包括第一准直透镜（4）、第二准直透镜（5）和第三准直透镜（6）；所述光束反射单元包括由第一反射镜（7）、第二反射镜（8）组成的第一反射镜组，由第三反射镜（9）、第四反射镜（10）组成的第二反射镜组，由第五反射镜（11）、第六反射镜（12）组成的第三反射镜组；

所述第一子望远镜透镜（1）、第一准直透镜（4）、第一反射镜组形成第一光路，所述第二子望远镜透镜（2）、第二准直透镜（5）、第二反射镜组形成第二光路，所述第三子望远镜透镜（3）、第三准直透镜（6）、第三反射镜组形成第三光路。

3.根据权利要求1或2所述的稀疏孔径压缩计算关联飞行时间的三维成像系统，其特征在于，所述稀疏孔径单元中的各个子望远镜透镜的空间组合方式包括：小孔径望远镜阵列或Golay-6或Golay-9或环形或环面或三壁。

4.根据权利要求1或2所述的稀疏孔径压缩计算关联飞行时间的三维成像系统，其特征在于，所述空间准直单元中的各个准直透镜的空间组合方式包括：准直透镜阵列组或反射式准直镜。

5.根据权利要求1或2所述的稀疏孔径压缩计算关联飞行时间的三维成像系统，其特征在于，所述偏振光分束器（15）包括起偏器、检偏器、四分之一玻片和偏振棱镜，用于对单色光或连续谱光源实现单方向全部或部分反射，入射方向全部或部分透射；实现紫外光、可见光、近红外和红外光波段的偏振光的分束功能。