[发明专利]一种凝视型无镜头激光三维成像装置及成像方法

权利要求书

1.一种凝视型无镜头激光三维成像装置，其特征在于：包括脉冲激光器、光束整形器、光调制器、阵列探测器和信号处理单元；

脉冲激光器用于产生脉冲激光；

光束整形器用于对所述脉冲激光进行整形，使激光脉冲能够均匀入射到待测目标表面；

光调制器用于对待测目标反射回来的回波脉冲光信号进行调制；

阵列探测器用于接收经光调制器调制后的回波脉冲光信号；

信号处理单元同时与脉冲激光器和阵列探测器电连接；

阵列探测器产生的信号输入至信号处理单元，由信号处理单元将阵列探测器输出的数据进行处理，重建待测目标的三维图像。

2.根据权利要求1所述的凝视型无镜头激光三维成像装置，其特征在于：所述光调制器为具有滤波功能的光调制器。

3.根据权利要求2所述的凝视型无镜头激光三维成像装置，其特征在于：所述光调制器为采用具有滤光作用材料制成的编码掩模光调制器，掩模图案采用二维可分离编码图案。

4.根据权利要求1所述的凝视型无镜头激光三维成像装置，其特征在于：所述光调制器为不具有滤波功能的光调制器，光调制器前加设滤波片。

5.根据权利要求1-4任一所述的凝视型无镜头激光三维成像装置，其特征在于：所述光调制器与阵列探测器集成贴放在一起，或者所述光调制器设置在阵列探测器前方。

6.根据权利要求5所述的凝视型无镜头激光三维成像装置，其特征在于：若所述光调制器设置在阵列探测器前方，光调制器应距离阵列探测器的光敏面1-2mm处。

7.根据权利要求5所述的凝视型无镜头激光三维成像装置，其特征在于：所述脉冲激光器为小型激光器。

8.基于权利要求1-7任一所述的凝视型无镜头激光三维成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取待测目标的强度图像；

步骤2，获取待测目标的距离图像；

步骤3，将待测目标的距离图像与强度图像进行数据处理融合，重建出待测目标的三维图像。

9.根据权利要求8所述的成像方法，其特征在于：所述步骤1获取待测目标的强度图像的方法为：

首先，确定光调制器的调制作用φ；

然后，由阵列探测器获取待测目标的测量结果y；

最后，根据y＝φ·x+e重建出待测目标的强度图像；

上式中，x是一个表示待测目标场景的矩阵；y是一个表示阵列探测器测量结果的矩阵；φ是一个表示光调制器调制作用的矩阵，也即光调制器的离散点扩散函数；e表示成像装置的噪声项。

10.根据权利要求9所述的成像方法，其特征在于：所述步骤2是采用距离门控时间切片方法获取待测目标的距离图像:

首先，通过对阵列探测器进行延迟触发获取N幅待测目标的测量图像序列；

其次，通过步骤1所述的强度图像获取方法获取由N幅待测目标的强度图像构成的强度图像序列{I₁(x,y),I₂(x,y),…,I_N(x,y)}；

然后，通过强度图像序列{I₁(x,y),I₂(x,y),…,I_N(x,y)}计算出待测目标与阵列探测上像素(x,y)之间的往返飞行时间

最后，获得待测目标与阵列探测上像素(x,y)之间的距离也即获取了待测目标的距离图像；

上式中，I_i(x,y)表示待测目标的强度图像，i＝1,2,…,N表示获取的强度图像个数，表示这一系列强度图像的强度叠加，t_i表示每个强度图像发射到阵列探测器上的时间。