[发明专利]一种无扫描式光子计数非视域三维成像装置及方法

说明书

一种无扫描式光子计数非视域三维成像装置及方法，涉及激光成像技术，为了解决现有技术无法对非视域场景进行成像的问题。脉冲激光器发射激光并给多通道时间相关单光子计数器一个时间信号；整形后的激光入射至墙体，墙体散射的激光经目标反射后再次入射至墙体；接收光学系统接收墙体返回的激光，并使接收光学系统的像方视场与单光子探测器阵列的视场相同；多通道时间相关单光子计数器计算入射至单光子探测器阵列的光子从脉冲激光器出发到回到单光子探测器阵列的光子飞行时间，得到时间光子计数图；计算机根据多幅时间光子计数图对目标的三维图像进行重构，得到三维图像。本发明适用于对非视域目标进行三维成像。

技术领域

本发明涉及激光成像技术，具体涉及非视域的三维成像技术。

背景技术

激光成像技术具有横向分辨率高、测距误差小、成像速度快、体积重量小等优点，因而被广泛地应用于民用和军用领域中，用于直接获取目标的强度信息和三维距离信息，从而实现对目标的识别。随着器件技术的发展，特别是高灵敏度、高时间分辨率的单光子探测器的出现，激光成像技术不仅仅局限于对常规目标的探测，还被应用于一些特殊条件或特殊环境下目标的探测和识别，特别是对非视域场景中目标的成像正越来越受到人们的关注。

所谓的非视域场景是指由于障碍物如房屋墙壁、建筑拐角、门窗玻璃等的遮挡，使得目标物处于人眼直视视场或成像设备的探测视场之外，现有成像手段无法直接观测的场景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术无法对非视域场景进行成像的问题，从而提供一种无扫描式光子计数非视域三维成像装置及方法。

本发明所述的一种无扫描式光子计数非视域三维成像装置，包括脉冲激光器、光束整形系统、接收光学系统、单光子探测器阵列、多通道时间相关单光子计数器和计算机；

脉冲激光器发射激光并给多通道时间相关单光子计数器一个时间信号，脉冲激光器出射的激光经光束整形系统整形后入射至墙体，墙体散射的激光经目标反射后再次入射至墙体，接收光学系统接收墙体返回的激光，该激光入射至单光子探测器阵列，单光子探测器阵列的多个输出端与多通道时间相关单光子计数器的多个输入端一一对应连接，多通道时间相关单光子计数器的输出端与计算机相连。

优选的是，还包括滤光片，滤光片位于墙体与单光子探测器阵列之间的光路中。

滤光片对杂散光进行滤除，提高了测量精度。

本发明所述的一种无扫描式光子计数非视域三维成像方法，该方法包括以下步骤：

脉冲激光器发射激光并给多通道时间相关单光子计数器一个时间信号；

采用光束整形系统对脉冲激光器发射的激光进行整形；

整形后的激光入射至墙体，墙体散射的激光经目标反射后再次入射至墙体；

接收光学系统接收墙体返回的激光，并使接收光学系统的像方视场与单光子探测器阵列的视场相同；

多通道时间相关单光子计数器计算入射至单光子探测器阵列的光子从脉冲激光器出发到回到单光子探测器阵列的光子飞行时间，得到时间光子计数图；

单光子探测器阵列的每一个探测器单元对应墙体上的一点，这一点为像点，单光子探测器阵列对应多个像点，得到多幅时间光子计数图；

计算机根据多幅时间光子计数图对目标的三维图像进行重构，得到三维图像。

优选的是，还包括采用滤光片对墙体返回的激光进行过滤的步骤。

优选的是，计算机根据多幅时间光子计数图对目标的三维图像进行重构，得到三维图像，具体包括以下步骤：

反投影：