一种多脉冲距离选通成像系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及成像系统领域，具体而言，涉及一种多脉冲距离选通成像系统及方法。
【背景技术】
[0002]脉冲激光从激光器窗口输出后，在不同距离反射(或散射)回来的光脉冲时刻是不同的，通过在接收端采用一个高速的快门控制只接收某个距离返回的激光脉冲，其他无关的光则被阻挡在外，该成像方法被称为距离选通成像。
[0003]由于距离选通成像只对某一距离的目标进行成像，照明光传播光路上其他不同距离的返回光无法进入接收系统成像，所以该技术有非常强的环境光抑制能力，能有效突出待观测目标，在水下目标成像、激光雷达等应用方面能够发挥极大的作用。
[0004]现有的距离选通成像系统，包括:脉冲激光器、ICO) (Intensified chargecoupled device，增强电荷耦合器件)相机和同步控制装置，同步控制装置分别为脉冲激光器和ICCD相机提供不同的控制信号，例如输出一个控制脉冲给脉冲激光器使脉冲激光器输出一个脉冲，所发出的激光脉冲经成像物体反射后，射向ICCD相机，此时，同步控制装置控制所述ICCD相机的快门打开，则所述ICCD相机开启曝光，将接收到的激光脉冲形成图像。为了避免相机在持续曝光的时间内，接收到外界的干扰光，所述ICCD相机开启曝光的时间很短，在接收到一次激光脉冲后，曝光就结束了，因此，现有的距离选通成像系统在所述ICCD相机的一次曝光时间内只接收一束激光脉冲。
[0005]当在传播介质对激光的损耗较大的环境下，例如，在水下时，激光脉冲在传播过程中的衰减很大，即随着传播路径的增大而成指数增大，所以在传播路径达到一定值后，距离选通成像系统的相机接收到的经物体反射后的激光脉冲的信号十分微弱，造成成像的质量非常低。
[0006]采用现有的距离选通成像系统要获得有效的选通图像，只能提高照明激光的光能量，但很多情况下脉冲激光单脉冲光能量不能无限制的提高。这就限制了该技术获得更高的选通距离和图像质量。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种多脉冲距离选通成像系统及方法，以有效提高距离选通成像的图像质量。
[0008]第一方面，本发明实施例提供的一种多脉冲距离选通成像系统，包括:脉冲激光器、激光接收器和成像装置，所述激光接收器与所述成像装置耦合，所述激光接收器设置在所述脉冲激光器发射的激光脉冲经成像物体反射后的光路上；
[0009]所述脉冲激光器将多个激光脉冲按照预设发射间隔依次发射，发射出的每个激光脉冲经所述成像物体反射后由所述激光接收器按照预设选通间隔依次接收，所述激光接收器将接收到的每个激光脉冲输入所述成像装置中，所述成像装置将在预设曝光时间内接收到的多个激光脉冲形成图像。
[0010]结合第一方面，本发明实施例还提供给了第一方面的第一种可能实施方式，其中，还包括:同步控制装置，所述同步控制装置分别与所述脉冲激光器、所述激光接收器和所述成像装置耦合；
[0011]所述同步控制装置用于按照所述预设发射间隔控制所述脉冲激光器发射多个激光脉冲，按照所述预设选通间隔控制所述激光接收器接收多个经所述成像物体反射后的激光脉冲，以及按照所述预设曝光时间控制所述成像装置的开启。
[0012]结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述预设选通间隔的起始时间比所述预设发射间隔的起始时间延后一个预设时间值。
[0013]结合第一方面的第二种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述预设曝光时间的起始时间早于所述预设发射间隔的起始时间，所述预设曝光时间的结束时间晚于所述预设选通间隔的结束时间。
[0014]结合第一方面的第一种可能实施方式或第二种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，所述预设时间值根据所述激光脉冲在当前传播介质中的传播速度以及传播路径确定，其中，所述传播路径为所述脉冲激光器与所述成像物体之间的路径和所述成像物体与所述激光接收器之间的路径之和。
[0015]结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述激光接收器为像增强器。
[0016]结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述激光接收器为光开关。
[0017]结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第七种可能实施方式，其中，所述成像装置为设有电荷耦合器件的数码相机。
[0018]第二方面，本发明实施例提供了一种多脉冲距离选通成像方法，包括:脉冲激光器、激光接收器和成像装置，所述激光接收器与所述成像装置耦合，所述激光接收器设置在所述脉冲激光器发射的激光脉冲经成像物体反射后的光路上，所述方法包括:
[0019]所述脉冲激光器将多个激光脉冲按照预设发射间隔依次发射；
[0020]所述激光接收器按照预设选通间隔依次接收每个经所述成像物体反射后的激光脉冲；
[0021]所述成像装置将在预设曝光时间内接收到的多个激光脉冲形成图像。
[0022]结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第一种可能实施方式，其中，所述预设选通间隔的起始时间比所述预设发射间隔的起始时间延后预设时间值。
[0023]本发明实施例中，脉冲激光器将多个激光脉冲按照预设发射间隔依次发射，发射出的每个激光脉冲经成像物体反射后由激光接收器按照预设选通间隔依次接收，成像装置将在预设曝光时间内接收到的多个激光脉冲形成图像，例如，成像装置将在预设曝光时间内的每个激光脉冲转换为电子，再将所有的激光脉冲转换后的电子累积起来，再转移到成像装置内的处理中进行处理，最终形成一个图像。
[0024]而现有的距离选通成像系统，设定一个快门开启时间，一般快门开启时间由距离选通成像的景深决定，避免在快门开启时间内有背景光进入相机，而给成像带来不必要的噪声，因此，快门开启时间的时间宽度不能过大，快门开启时间内仅接收一个激光脉冲。
[0025]因此，本发明实施例，能够利用激光接收器按照预设选通间隔依次接收由所述成像物体反射的每个激光脉冲，其中，所述预设选通间隔表示按照预设间隔选通，即表示激光接收器是按照预设间隔开启的，以保证所述激光接收器每次开启的时刻，恰好有一个激光脉冲经物体反射后到达激光接收器，而在其他时间都处于关闭状态，然后，成像装置将预设曝光时间内的所有的激光脉冲经转换后的电子信号转换成图像，与现有技术的单脉冲成像相比，能够将在一个曝光时间内接收到的多个激光脉冲累加后生成图像，有效提高了在一个曝光时间内接收到的激光脉冲的亮度，从而有效提高了距离选通成像的图像质量。
[0026]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0028]图1示出了本发明实施例提供的一种多脉冲距离选通成像系统的模块框图；
[0029]图2示出了本发明实施例提供的多脉冲距离选通成像系统中的同步控制装置的控制时序图；
[0030]图3示出了本发明实施例提供的一种多脉冲距离选通成像方法的方法流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]现有的为了提高接收到的经物体反射后的激光脉冲的强度，往往选择提高脉冲激光器的发射功率，从发射端增大激光脉冲的强度，但是，脉冲激光器发出的单个激光脉冲的能量不可能无限制增大，而为了改善上述的缺陷，本发明实施例提供了一种多脉冲距离选通成像系统及方法。
[0033]图1示出了本发明实施例提供的一种多脉冲距离选通成像系统的模块框图，如图1所示，所述系统包括:脉冲激光器101、激光接收器102和成像装置103，所述激光接收器102与所述成像装置103耦合，所述激光接收器102设置在所述脉冲激光器101发射的激光脉冲经