[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

摘要

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。

主权项

1.一种无扫描式光子计数非视域三维成像装置的成像方法，该方法基于一种无扫描式光子计数非视域三维成像装置实现，该装置包括脉冲激光器(1)、光束整形系统(2)、接收光学系统(3)、单光子探测器阵列(5)、多通道时间相关单光子计数器(6)和计算机(7)；脉冲激光器(1)发射激光并给多通道时间相关单光子计数器(6)一个时间信号，脉冲激光器(1)出射的激光经光束整形系统(2)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(3)接收墙体返回的激光，该激光入射至单光子探测器阵列(5)，单光子探测器阵列(5)的多个输出端与多通道时间相关单光子计数器(6)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(6)的输出端与计算机(7)相连；该方法包括以下步骤：脉冲激光器(1)发射激光并给多通道时间相关单光子计数器(6)一个时间信号；采用光束整形系统(2)对脉冲激光器(1)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(3)接收墙体返回的激光，并使接收光学系统(3)的像方视场与单光子探测器阵列(5)的视场相同；多通道时间相关单光子计数器(6)计算入射至单光子探测器阵列(5)的光子从脉冲激光器(1)出发到回到单光子探测器阵列(5)的光子飞行时间，得到时间光子计数图；单光子探测器阵列(5)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(5)对应多个像点，得到多幅时间光子计数图；计算机(7)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；其特征在于，计算机(7)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：建立模型，脉冲激光器(1)位于L点，单光子探测器阵列(5)位于D点，脉冲激光器(1)出射的激光入射于墙上的S点，I_i为第i个像点；将每一幅时间光子图反投影到三维空间中，时间光子计数图中每个时刻的值都对应三维空间中的一个椭球面，该椭球面以源点和像点为焦点，目标的一点的空间坐标(x,y,z)满足下式：||(x,y,z)‑S||+||(x,y,z)‑I_i||＝ct_ij‑||L‑S||‑||D‑I_i||其中，c为光速，t_ij为探测第i个像点时第j个通道的光子飞行时间；所有椭球面在空间中交叠求和，形成一幅置信值图V(x,y,z)；滤波处理：采用拉普拉斯滤波器进行滤波，得到滤波置信图V_f(x,y,z)取阈处理：对滤波置信图V_f(x,y,z)进行取阈处理，剔除低于阈值的值，得到目标的三维图像；阈值为βmax(V_f(x,y,z))，0＜β＜1。