[发明专利]用于视场扩展和小目标识别的精细扫描控制方法和系统

权利要求书

1.一种用于视场扩展和小目标识别的精细扫描控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，单片机控制搭载光路单元的云台移动面向目标物体方位，所述光路单元包括望远镜、振镜、带孔反射镜、耦合装置、激光器、偏振分光棱镜；所述单片机向激光器发送脉冲触发信号，控制激光器发射激光，经过收发同轴光路照射到目标物体，回波信号原路返回，通过带孔反射镜反射进入耦合装置，单光子探测器对耦合装置中的回波信号进行探测；

S2，时间相关单光子计数系统采集光子计数信号，通过处理器计算光子飞行时间从而得到目标物体的距离，然后将距离信号发送给单片机；

S3，单片机得到距离信号后对望远镜进行变焦确定目标物体图像信息，采用精细扫描方式计算得到振镜和云台的扫描步数和步长；然后，单片机控制振镜和云台以蛇形扫描的方式实现两阶精细扫描；

S4，经过两阶精细扫描后，处理器获得目标物体的三维信息，用点云三维重建方法对目标物体三维信息进行处理和拼接，实现目标物体的成像。

2.根据权利要求1所述的用于视场扩展和小目标识别的精细扫描控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述对望远镜进行变焦的具体操作为：单片机得到距离后通过控制步进电机驱动器，进而驱动变焦装置对望远镜进行变焦，获得目标物体分辨率高于预设像素阈值的观测图像。

3.根据权利要求1所述的用于视场扩展和小目标识别的精细扫描控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述采用精细扫描方式计算得到振镜和两轴云台的扫描步数和步长，具体过程如下：

云台步长＝θ；

其中，d为单像素视场大小，L为目标物体距离，θ为振镜的最大偏振角度，V表示DAC模块最大输出电压，N为成像像素大小。

4.根据权利要求3所述的用于视场扩展和小目标识别的精细扫描控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述DAC控制模块，用于输出两路正负模拟电压控制振镜运动；所述DAC控制模块包括芯片和基准电压电路；单片机通过SPI给DAC控制模块的芯片发送电压信号，然后DAC模块输出模拟电压给振镜控制其运动。

5.根据权利要求1所述的用于视场扩展和小目标识别的精细扫描控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述单片机控制振镜和云台以蛇形扫描的方式实现两阶精细扫描的具体操作为：

第一阶段，单片机首先控制振镜按照计算得到的振镜步长和振镜步数进行蛇形扫描，每改变一次模拟电压值，单片机输出一个pixel脉冲同步信号，当扫描完一行时单片机输出一个line脉冲同步信号，直至蛇形扫描完一个子图；

第二阶段，当第一阶段扫描完一个子图，单片机输出一个frame脉冲同步信号后，单片机控制云台按照计算得到的云台步长和云台步数进行蛇形扫描，转向下一个子图，重复第一阶段的操作，直至完成所有云台步数，实现大视场扫描。

6.一种用于视场扩展和小目标识别的精细扫描控制系统，其特征在于，包括云台、光路单元、控制单元、单光子探测器、时间相关单光子计数系统；

所述云台，用于转动所述光路单元，拓展成像范围，实现大视场扫描成像；

所述光路单元，用于在激光器发射脉冲激光后，调整脉冲激光的光束指向，然后向目标成像区域发射脉冲激光，当脉冲激光照射到目标物体后反射回波光信号；所述光路单元收集目标回波光信号，并且滤除杂散光及噪声，再将滤波后的回波光信号进行汇集耦合进入单光子探测器；所述光路单元改变脉冲激光的指向实现对目标物体的逐点扫描；

所述单光子探测器，用于探测耦合装置耦合到光纤的目标回波信号，并将接收的回波信号处理为光子计数信号；

所述控制单元，用于采集光子计数信号，并根据光子计数信号获取光子飞行时间计算得到目标物体的距离，通过距离调整望远镜焦距结合精细扫描方式计算得到扫描步长和步数，在未完成所述目标物体成像区域的大视场扫描时，继续调整所述激光脉冲的指向并给每个像素点同步信号，直到完成所述目标物体区域的大视场扫描，处理目标物体的扫描信息实现成像，显示成像结果；

所述时间相关单光子计数系统，用于接收光子计数信号，并在所述控制单元输出的同步信号作用下测量发射信号光子和返回信号光子的飞行时间，进而获得目标物体的距离。