[发明专利]一种实现实时距离选通三维成像系统及成像方法

说明书

技术领域

本发明属于三维成像技术领域，具体涉及一种实现实时距离选通三维成像的方法。

背景技术

远距离、实时、高分辨率三维成像在智能监控、地形勘察、海事搜救、航天器软着陆、交会对接、避障导航、反伪装侦察以及姿态无关图像制导等领域具有迫切需求和广泛应用前景。传统的激光扫描雷达实时性差，而目前新兴的闪光激光成像雷达(Flash LIDAR)空间分辨率低(像元数不大于128×128)，均无法满足远距离、实时、高分辨率的应用需求。

距离选通三维成像是一种新型的三维成像技术，可获取高质量的二维选通图像，并可在此基础上实现高分辨率三维成像，像素数(大于1000×1000)远高于闪光激光成像雷达，从而利于实现大视场、高分辨率的三维重建，增强环境感知能力，易于发现目标。目前距离选通三维成像主要有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是利用距离选通成像在距离向上小步长步进获取不同距离下的选通图像，然后通过大量的选通图像反演出目标的距离；增益调制三维成像是分别获取感兴趣区选通门增益为固定值及选通门增益线性调制时的两幅选通图像，根据两幅图像间的距离增益变化引起能量变化反演出目标距离信息；超分辨率三维成像则包括梯形包络超分辨率三维成像和三角形包络超分辨率三维成像，两者都是通过激光脉冲和选通脉冲的卷积作用获取两幅具有特定几何形状距离能量包络的选通图像，通过建立像素灰度比与距离能量比的映射关系，反演获得目标的三维信息。对于步进延时扫描三维成像，本质上仍是一种扫描机制的成像方法，欲获得高的距离分辨率，需在较小的延时步进步长下获取目标大量的选通图像，然后处理大量数据，因此，该方法实时性较差。增益调制三维成像和超分辨率三维成像都是通过两幅图实现三维反演的，但是前者工作过程中，需要对选通门的增益进行调制，因此，比较适合大景深三维成像，对于小景深成像，由于选通门宽较小，则往往无法响应快速的增益调制，从而无法有效工作。超分辨率三维成像则可以突破选通门宽的限制，实现距离向超分辨率成像，因此，具有更大的应用潜力。但是，无论是增益调制三维成像还是超分辨率三维成像，在实时三维成像方面，国内外目前还无相关报道。目前还缺少实现实时距离选通三维成像的有效方法。能否实现实时距离选通三维成像关系着距离选通三维成像技术的应用前景和技术生命力。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明的主要目的在于提出一种实现实时距离选通三维成像的帧间相关法，以达到实现实时距离选通三维成像的目的。

为达到上述目的，本发明提供了一种实现实时距离选通三维成像的方法，其包括：

步骤1、时序控制器产生ABAB模式工作时序，所述ABAB模式工作时序包括分别触发图像传感器、脉冲激光器和选通门的三路时序控制信号；

步骤2、在所述触发图像传感器时序控制信号的作用下，所述脉冲激光器按照时序控制器产生的脉冲激光器时序控制信号发射激光脉冲，对目标进行照明；所述选通门按照时序控制器产生的选通门时序控制信号开启工作，生成选通脉冲，一个选通脉冲对应一个激光脉冲，构成脉冲对；所述图像传感器按照时序控制器产生的图像传感器时序控制信号以给定的曝光时间及帧频采集由脉冲对产生的目标回波信号，并输出图像；所输出的图像构成A型帧和B型帧交替循环出现的二维图像序列；其中，形成所述A型帧和B型帧的脉冲对内的激光脉冲和选通脉冲间的选通延时不同；

步骤3、对所述二维图像序列，利用距离选通超分辨率三维成像算法进行动态在线解调，每个当前帧与其上一帧解调后形成一帧三维图像，动态输出形成的三维图像序列。

本发明还提供了一种实现实时距离选通三维成像的系统，其包括：

时序控制器，其产生ABAB模式工作时序，所述ABAB模式工作时序包括分别触发图像传感器、脉冲激光器和选通门的三路时序控制信号；

脉冲激光器，在所述触发图像传感器时序控制信号的作用下，所述脉冲激光器按照时序控制器产生的脉冲激光器时序控制信号发射激光脉冲，对目标进行照明；

选通门，所述选通门按照时序控制器产生的选通门时序控制信号开启工作，生成选通脉冲，一个选通脉冲对应一个激光脉冲，构成脉冲对；

图像传感器，所述图像传感器按照时序控制器产生的图像传感器时序控制信号以给定的曝光时间及帧频采集由脉冲对产生的目标回波信号，并输出图像；所输出的图像构成A型帧和B型帧交替循环出现的二维图像序列；其中，形成所述A型帧和B型帧的脉冲对内的激光脉冲和选通脉冲间的选通延时不同；