[发明专利]一种大视场关联成像装置及成像方法

说明书

本发明公开了一种大视场关联成像装置及成像方法，该成像装置包括沿光路依次设置的脉冲光源、光调制单元、定向扫描投射单元、光接收单元、中央处理器、显示单元，以及与所述定向扫描投射单元、光调制单元和中央处理器连接的控制单元。通过定向扫描投射单元调节出射光束的发散角度，使光能量集中照射视场局部区域从而获得极高的信噪比，提升成像距离；通过设置光束定向扫描机构种类及参数，结合图像拼接技术可以实现任意大范围视场成像，提高装置适用范围，且只需要一套或少数套扫描机构即可实现视场扩展，装置加工装配难度低，稳定性高。本发明中成像装置的图像分辨率由光调制单元决定，定向扫描机构不会影响对图像分辨率。

技术领域

本发明涉及目标检测识别与成像领域，具体涉及一种大视场关联成像装置及成像方法。

背景技术

基于飞行时间(Time of flight，TOF)的激光成像雷达具备超视距三维探测能力，是未来智能驾驶、遥感测绘、智能监控、场景重现等应用不可或缺的探测手段。

目前常用的激光成像雷达采用“点对点”的直接信息获取模式。通过多组“发射-接收”单元结合机械扫描或者光束偏转装置实现多线成像。这种成像方式一方面成像距离有限，远距离成像分辨率极低；另一方面，系统对精密光学机加工和对准精度要求高，导致系统成本难以降低。

关联成像(correlated imaging)，也称鬼成像(ghost imaging)，是一种基于光场涨落的量子或者经典关联特性，通过参考光场与目标探测光场之间的强度关联运算，可以非定域地获取目标高分辨率图像信息的新型成像技术。基于关联成像技术研制的装置只有一组“发射-接收”单元，大幅度的提高了系统运行效率和稳定性。除此之外，结合压缩感知信号处理技术可以有效提高信号采样率效率，降低信号处理时间和计算成本。特别适用于远距离高分辨成像应用。然而现有的关联成像技术依然存在以下问题：一、光源输出的高能量激光在通过空间光调制器件调制后光能量损耗较高，不利于成像距离的扩展；二、光束通过投射单元后以一定发散角向装置前方传播，光能量密度随着传播距离的增加呈平方反比关系，不利于远距离目标探测；三、装置视场小虽然可以实现远距离局部区域的高清成像，但是当装置置于汽车、机器人、飞机等运动状态经常变化的载具时，成像范围的剧烈变化将导致无法对准目标、运动模糊等诸多问题，降低了系统的实用性；四、通过修改投射单元光学参数扩大视场，光能量密度随着视场尺寸的增加将大幅度下降，缩短了装置探测距离。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种在保证成像距离和分辨率的同时，实现任意视场范围的成像的大视场关联成像装置及成像方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大视场关联成像装置，包括沿光路依次设置的脉冲光源、光调制单元、定向扫描投射单元、光接收单元、中央处理器、显示单元，以及与所述定向扫描投射单元、光调制单元和中央处理器连接的控制单元，所述脉冲光源产生脉冲光束并依次经过所述光调制单元和定向扫描投射单元后投射到检测目标上，所述检测目标的反射光通过所述光接收单元接收并传递给所述中央处理器，所述中央处理器同步接收所述控制单元和光接收单元的数据并进行关联运算并得到成像结果，所述检测目标划分为多个视场分区，所述定向扫描投射单元改变脉冲光束的方向，使每个脉冲投射到所述检测目标的其中一个视场分区。

进一步的，所述定向扫描投射单元包括沿光路依次设置的投射单元和定向扫描机构。

进一步的，所述定向扫描投射单元包括沿光路依次设置的定向扫描机构和投射单元。

进一步的，所述投射单元为平场扫描透镜。

进一步的，还包括设于所述脉冲光源后方的光束整形单元，所述光束整形单元将脉冲光源发出的脉冲光束的光斑整形为与所述视场分区相同或相近的形状。

进一步的，所述光束整形单元为光学透镜组或衍射光学元件或光阑。

进一步的，所述定向扫描机构为扫描振镜，包括沿垂向设置的X振镜和Y振镜。