[发明专利]非合目标激光反射投影中心对准方法

说明书

技术领域：

本发明涉及激光反射层析成像雷达技术，具体涉及一种非合目标激光反射投影中心对准方法，它用于靶标的激光投影图重建的旋转中心对准，且无须在靶标上设置特定区域作为特征点跟踪，直接应用于非合目标的廓像重构。

背景技术：

反射层析（距离—强度）类似于CT反投影图像重建技术，其实质是使用纳秒窄脉冲激光照射物体，光脉冲被物体表面反射，物体不同视角的表面特性调制光脉冲的时间特性，从而改变激光回波的形状，获得围绕物体一周的平面内不同视角下的投影后，利用层析重构算法可以得到物体二维交叉截面的廓像，这种层析反映了该视轴方向下物体廓像的边缘信息，如图2反射层析激光雷达所示。和透射层析相反，反射层析重建的是目标外表面的轮廓信息，而不是物体内部结构信息。

层析图像重构是将反射回波投影经卷积滤波和回抹得到的，图像某像素点强度信息是通过计算该点在360°范围内的反射回波强度累加而成。其前提是必须采用算法从投影信息中直接提取有用信息实现投影中心的有效自对准，投影图对准就是将不同角度下的旋转中心投影排列到一条直线上。

为了获得靶标360°投影信息，靶标须围绕其质心做圆周运动，这样就会引入随机抖动，导致目标不同角度投影的旋转中心位置发生漂移。此外，系统不可避免会受到大气湍流扰动影响，激光通过这些大气漩涡时，光波的强度在空间和时间上都会呈现随机起伏，时间上的随机起伏会引起投影中心点的投影距离反应到时间上的不同程度延迟，在特征点跟踪配准时，投影中心点不在一条直线上，造成投影中心点失配，导致图像重构时出现严重错位扭曲现象，极大降级层析成像质量。现有的严毅等人的投影图对准方法虽然在粗对准后加入相位恢复迭代算法，实现了较高的投影图对准，改善了重构图像的质量，但使用该方法的前提是必须在靶标上设置某块区域的激光反射率和周边反射率有较大区别（即合作目标），从而跟踪该区域的特征变化推导出旋转中心的位置。而实际应用中通常是对将激光反射层析成像技术应用于对未知物体图像特征的探测，极大限制了该技术的应用范围。

最早提出激光反射层析成像技术的是1989年F.K.Knight等人（F.K.Knight,S.R.Kulkarni,R.M.Marino,and J.K.Parker.Tomographic Techniques Applied to Laser Radar Reflective Measurements[J],The Lincoln Laboratory Journal.Volume2.Number2(1989)），文中初步分析了反射和投射层析的区别，对距离精度、多普勒精度和角度—角度测量的激光反射层析成像重构方法做了理论分析。最早将相位恢复算法应用到反射层析成像激光雷达成像的是Stephen.D.Ford和Charles L.Matson(Stephen.D.Ford,Charles L.Matson.Projection Registration in Reflective Tomography[J].Part of the SPIE Conference on Digital image Recovery and Synthesis IV,1999,SPIE Vol.3815:189-198),但文章只是对透射层析投影进行了仿真模拟。2010年金晓峰等人提出将特征点跟踪应用于激光反射层析成像技术中（Xiaofeng Jin,Jianfeng Sun,Yi Yan et al.Feature tracking for projection registration in laboratory-scale reflective tomography laser radar imaging[J].Optics Communication,2010），但该偏文章仍然只是对合作目标的投影图重建。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于非合目标的反射投影图中心对准方法，该方法可以大大拓展激光反射层析成像技术的应用范围，解决了目前该技术只能应用于实验时环境下对合作目标图像重构的问题，有利于激光反射层析成像雷达系统的实际应用。

本发明的具体技术解决方案如下：

一种非合目标激光反射投影中心对准方法，其特征在于该方法通过密集采样目标体激光回波，跟踪每个角度的回波投影峰值，再根据整个360°的投影回波之间的几何关系导出旋转中心点的位置，并对求得的投影中心点位置求期望矫正，减小因激光信号流积分带来的估计误差，通过GS相位恢复算法进一步对准，具体包括以下步骤：