[发明专利]一种脉冲增益调制式单像素三维成像系统及方法

权利要求书

1.一种脉冲增益调制式单像素三维成像系统，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、单元探测器(2)、光场调制器(3)、扩束光学系统(4)、发射/接收光学系统(5)、电压调制源(6)、放大器(7)和积分器(8)；

脉冲激光器(1)用于产生脉冲激光，所述脉冲激光通过扩束光学系统(4)扩束后入射至光场调制器(3)；

所述光场调制器(3)用于在计算机(10)产生的随机矩阵的控制下产生随机光场，该光场通过发射/接收光学系统(5)发射出去，对目标进行照明；

发射/接收光学系统(5)接收目标返回的光波；

单元探测器(2)用于对返回的光波进行光电转换；

电压调制源(6)用于在计算机(10)的控制下产生单调变化的增益调制信号，该调制信号用于对单元探测器(2)输出的探测信号进行调制；

调制后的探测信号经放大器(7)放大后再经积分器(8)进行积分，积分结果发送至计算机(10)。

2.一种脉冲增益调制式单像素三维成像方法，其特征在于，该方法为：

步骤一、光源产生的脉冲激光发射至光场调制器(3)上；

所述光场调制器(3)在计算机(10)产生的随机矩阵的控制下产生随机图样，进而产生随机光场，该光场用于对目标进行照明；

采用单元探测器(2)探测目标返回的光波；

步骤二、利用电压调制源(6)产生单调变化的增益调制信号，并利用该调制信号对单元探测器(2)输出的探测信号进行调制，信号强度与时间一一对应，相当于将接收信号的时间信息转化为强度信息；

步骤三、对调制后的探测信号放大后再积分；

计算机(10)每改变一次随机矩阵，便得到一个积分值；

多个随机矩阵构成随机散斑序列，多个积分值构成积分值序列；

将随机散斑序列与积分值序列进行相关运算或压缩感知运算，得到的图像矩阵为调制增益编码图像矩阵；

步骤四、利用电压调制源(6)产生常数调制信号，并利用该调制信号对单元探测器(2)输出的探测信号进行调制，然后采用步骤三同样的方法，将随机散斑序列与积分值序列进行相关运算或压缩感知运算，得到图像矩阵，该图像矩阵为常数增益编码图像矩阵；

步骤五、将调制增益编码图像矩阵中的每个元素与常数增益编码图像矩阵中对应的元素相除，根据增益调制信号和常数调制信号的数学表达式对相除后得到的结果进行反向推导，得到接收信号与发射信号之间的延时，再根据时间与距离的关系计算得到每个像素的距离，根据所有像素的距离数据得到三维图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述增益调制信号为锯齿波信号。