[发明专利]激光反射断层成像目标反射率分布解算方法

说明书

本发明涉及激光反射断层成像技术领域，具体涉及一种激光反射断层成像过程中目标反射率分布解算的方法，在发射激光脉冲宽度大于采样周期，物体表面有效反射部分的邻近距离采样是有所重叠时，回波数据形成反射率投影分布函数与激光发射脉冲的卷积。采用迭代最大似然估计法对反射回波数据解卷积，在卷积核已知情况下，使用参数估计的方法对反卷积解进行估计，最终提取探测目标本身反射率分布函数，提高激光反射断层重构图像精度。利用本发明方法可以有效获取目标表面的反射率分布的最优估计量，从而压缩回波的脉冲宽度，在激光反射断层成像图像重构环节中改善图像分辨率，减少脉冲展宽带来的影响，更加快速有效的形成高精度断层图像。

技术领域

本发明涉及激光反射断层成像(Laser Reflective Tomography，简称LRT)技术领域，尤其是激光反射断层成像过程中目标反射率分布解算的运用。

背景技术

在军事、航天、遥感等诸多领域，为了完成远距离目标的观测、识别、侦察、跟踪等任务，需要在远距离处获取目标的高分辨率的图像。传统光学成像技术的成像分辨率受限于系统本身的衍射极限，其系统成像孔径不可以无限增大，因而并不能完全胜任。新的远距离、高分辨率成像技术手段成为强烈需求。基于距离分辨的激光反射断层成像是一种为解决兼顾远距离和高分辨率成像特点的新型激光雷达成像体制。激光雷达反射断层成像技术是一种通过激光雷达探测目标的多个角度并收集回波信息，获取目标多角度的空间信息增益，利用计算机断层成像算法来计算重构目标的断层面轮廓图像的技术。激光反射断层成像的核心思想是利用空间分集产生的非相干累积投影，获得部分信息增益而形成图像，投影重构二维图像方法是该成像方法的核心处理方法。激光反射断层成像技术更适合用于空间航天器之间的观测和侦查，特别是卫星对卫星的成像。

但当发射激光脉冲宽度大于采样周期时，物体表面有效反射部分的邻近距离采样是有所重叠的，这意味着产生的回波是反射率分布的投影值与激光高斯脉冲的卷积。这个卷积效应会引起接受回波时域上的波形展宽和脉冲峰值降低；脉冲宽度的展宽会导致重建图像的分辨率降低。为了解决该卷积效应，就需要对回波数据做解卷积处理。在解卷积问题中，由于问题的非适定性，问题的解并不能用解析的表达式给出。但由于发射脉冲信号是已知的，即在卷积核已知情况下，使用参数估计的方法对反卷积进行估计，是可以得到较好的反卷积结果的。

发明内容

本发明的首要目的在于当发射激光脉冲宽度大于采样周期，物体表面有效反射部分的邻近距离采样有所重叠导致的回波是目标反射率分布投影值与发射高斯脉冲的卷积时，提出一种反解出目标表面反射率分布的技术方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种激光反射断层成像目标反射率分布解算方法，使用脉冲激光照射探测目标，使用非相干探测系统接收探测回波，将回波数据视为目标本体反射率投影分布函数与发射脉冲波形的卷积结果，使用迭代最大似然估计方法从回波数据中提取目标反射率投影分布函数，在解卷积运算过程中引入噪声误差，使用共轭梯度法对目标函数做最小化处理，获得反射率投影分布函数的最优估计值。

优选地，具体包括以下步骤：

(1)激光器发射脉冲波形为高斯脉冲的激光光束，发射端用信号发生器对激光脉冲进行调制，发射光束经过一个可调节衰减镜后，由分光镜对光束分束，其中一束光被探测器检测并记录脉冲波形，另一束光经扩束镜扩束后指向目标，目标本体完全被激光光斑覆盖；

(2)目标本体受激光光束照射后反射回波，使用非相干探测体制对回波进行探测，接收端用单像素探测器直接探测反射回波，探测器输出信号经一个射频高速电信号放大器后，由示波器显示波形并采集回波数据；

(3)目标本体置于可旋转转台上，转台的转速均匀可控，调整转台的旋转角度，获取不同角度的目标回波数据；