[发明专利]反射层析激光雷达双折线反投影成像方法

摘要

一种反射层析激光雷达双折线反投影成像方法，实质是将反投影波阵面近似为双折线的方法，将激光雷达探测器所接收到的球面反射投影信号反投影到所对应的双折线上，通过这些双折线信号重建图像。本发明方法与球面直接反投影相比，双折线反投影算法计算量小，操作简单，易于实现。模拟仿真表明本发明方法可以替代球面反投影完成相应质量要求的图像重建。

主权项

1、一种反射层析激光雷达双折线反投影成像方法，其特征在于包括以下步骤：①由探测物体的目标尺寸x_max、以探测器和光脉冲二者中较低的分辨率作为系统的距离分辨率ΔR、激光脉冲宽度τ三个因素，根据奈奎斯特采样定律计算满足物体完全重建所需要的最小投影角度采样间隔Δφ和单个投影最少采样点数N_p：Δφ≤360Nψ=180ΔRπxmax,]]>Np≥2xmaxumax=2xmaxΔR;]]>②激光器(1)发出光脉冲，用会聚透镜(2)使光脉冲会聚后再次发散，通过调节透镜的焦距来改变光斑的大小，使到达探测目标(3)的光斑外轮廓涵盖整个探测目标，获得需要光束最小发散角α＝arcsin(x_max/2L)，也就是所对应的双折线反投影的角度，其中L是激光器与待测目标(3)之间的距离根据激光器发出光脉冲的时刻t₁，最早接收到反射信息的时刻t₂，最晚接收到反射信息的时刻t₃，探测器(6)到待测目标(3)的距离L为其中c为光速；③将初始待测目标所对应的角度定义为φ₀＝0°，激光器(1)发出单脉冲照射到待测目标(3)上，探测器(6)记录在角度φ₀＝0°下所对应的经过目标反射加宽后的反射投影信息，即探测器所得到的光功率随时间的变化信息反映的是物体表面反射特征系数随物体深度的变化信息：p₀(t，φ₀)＝e∫f₀(x，y)ds其中，f₀(x，y)为物体表面的反射特征系数，e代表到达物体表面的均匀光强，p₀(t，φ₀)为角度φ₀下获得的反射投影信息，ds为物体表面积分面元；④待测目标(3)发生旋转角度Δφ后，探测角度变为φ₁＝φ₀+Δφ，激光器(1)再次发出单个脉冲，探测器(6)记录相应的反射投影信息p₁(t，φ₁)；⑤判断投影角度φ₁是否大于360°，若小于360°，重复步骤④i—1次操作，待测物体旋转iΔφ，i为2以上的正整数，相应记录反射投影信息p_i(t，φ_i)，直至φ_i大于360°；⑥滤波处理：利用公式r＝ct，c为光速，将所得到的随时间变化的投影信息p_i(t，φ_i)，转换成随距离变化的投影信息，对每个角度获得投影信息进行滤波处理，减少重建图像中的伪迹，具体滤波公式为：qi(r,φi)=F1-1(|u|F1(pi(r,φi))),]]>其中u为频域变量，符号F₁、分别表示信号一维傅里叶变换和傅里叶反变换；⑦建立重建图像矩阵g_FB1(x，y)，其像元坐标间隔为所对应的系统距离分辨率ΔR，为获得完整的目标重建图像，图像矩阵g_FB1(x，y)行数、列数要大于并将矩阵所有像元初始值设为零；⑧取图像矩阵g_FB1(x，y)第一个像元所对应的点坐标(x₁，y₁)，按照角度φ_i(i＝0，1，2…N_φ)进行旋转，旋转之后的新坐标变为：x1′=x1cos(φi)+y1sin(φi),y1′=-x1sin(φi)+y1cos(φi)]]>判断新坐标点到角度φ_i、r_j所对应的双折线的距离是否满足小于或等于像素间隔ΔR的倍，若满足以上条件，则图像矩阵元g_FB1(x₁，y₁)累加上反射投影值q_i(r_j，φ_i)Δφ，直至像元点坐标(x₁，y₁)完成所有旋转角度φ_i(i＝0，1，2…N_φ)和距离r(i＝0，1，2…N_p)的计算，具体重建公式如下：新坐标点到角度φ_i、r_j所对应的双折线的距离d：d=|-x′sinα+|y′|(1-cosα)+(L-rj)sinα|2-2cosα]]>若d≤22ΔR,]]>则gFB1(x1,y1)=Σi=1NφΣj=1Npqi(rj,φi)Δφ]]>⑨将图像矩阵g_FB1(x，y)的所有其它像元，依次重复步骤⑧操作，最终将得到双折线滤波反投影重建图像g_FB1。