一种变分辨率MEMS镜扫描探测鬼成像的系统及方法

本发明属于三维成像，尤其涉及一种变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统及方法。

背景技术：

1、鬼成像是一种三维成像技术，又称为关联成像，通过利用目标回波信号与出射信号的关联，获得目标的空间三维图像信息。通过关联算法或压缩感知等方法复原出物体的像，利用两个相互关联却又相互独立的光场(信号光场和参考光场)复合探测并且重建待测物体空间信息的成像技术，其具有抗干扰能力强，成像分辨率高的优势。

2、传统的基于mems镜的激光雷达系统只能对目标进行定分辨率扫描成像，在一些需要高分辨成像的应用背景性能较差，比如对场景中某一区域内目标进行更高分辨的成像。而鬼成像系统具有高分辨成像的特点，将其引入系统可以实现变分辨率扫描成像，进而实现对感兴趣目标的高分辨率成像，提高了系统的成像效率。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统及方法，将传统激光雷达系统与鬼成像系统结合，实现对周围环境的探测和三维感知，进而确定感兴趣目标，对其进行鬼成像，实现高分辨率的三维重建，这样达到了变分辨率的目的，大大提高了系统成像效率。

2、为实现上述目的，本发明公开了一种变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统，包括：激光发射模块、光束偏转模块、鬼成像模块和回波接收模块；

3、所述激光发射模块，用于发射光束；

4、所述光束偏转模块，用于对所述光束进行偏转以扫描目标；

5、所述鬼成像模块，用于在初次扫描时对回波光束进行偏转，在进行鬼成像时对回波光进行掩膜调制；

6、所述回波接收模块，用于接收所述鬼成像模块反射回的光束。

7、可选地，所述激光发射模块包括：脉冲激光器和准直透镜；

8、所述脉冲激光器，用于产生并发射脉冲激光光束，

9、所述准直透镜，用于对所述光束进行准直。

10、可选地，所述光束偏转模块包括：带孔反射镜和mems反射镜；

11、所述脉冲激光器、准直透镜、带孔反射镜和mems反射镜均位于同一光轴上；带孔反射镜和mems反射镜保持平行并与光轴垂直；

12、所述带孔反射镜，用于改变光束方向，使光束出射并扫描目标；

13、所述mems反射镜，用于反射入射光束，并做半径逐渐增大的环形扫描。

14、可选地，所述鬼成像模块包括：汇聚透镜和dmd；

15、所述汇聚透镜和dmd位于同一光轴上；且所述汇聚透镜和dmd均位于所述激光发射模块、光束偏转模块的同一侧；

16、所述汇聚透镜，用于将返回的光汇聚到所述dmd；

17、所述dmd，用于将汇聚的光反射到所述回波接收模块。

18、可选地，所述回波接收模块包括：第一单点探测器和第二单点探测器；

19、所述第一单点探测器和第二单点探测器分别位于所述鬼成像模块的光轴两侧；且所述第一单点探测器和第二单点探测器位于所述激光发射模块、光束偏转模块的同一侧；

20、所述第一单点探测器和第二单点探测器，均接收所述dmd反射回的光束，将光信号转换为电信号，传输到pc端进行处理。

21、所述第一工作状态为所述dmd不进行鬼成像时，所述dmd作为反射镜，此时所述dmd未投射散斑掩膜图案，不对返回光束进行调制，返回光束经所述dmd反射由所述第一、第二单点探测器接收；

22、所述第二工作状态为所述dmd进行鬼成像时，此时控制所述dmd投射若干张散斑掩膜图案，将返回光束进行掩膜调制后，由所述第一、第二单点探测器接收。

23、为实现上述目的，本发明公开了一种变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的方法，包括：

24、脉冲激光器发射光束经过准直透镜准直后出射，出射的光束经带孔反射镜后，经过mems反射镜做半径逐渐增大的环形扫描，其中每环的扫描点数固定，半径以定值逐渐增大直至mems反射镜扫描的最大角度；

25、光束经mems镜反射后，形成环形扫描图案，再由带孔反射镜反射后，改变光线方向，以半径逐渐增大的环形扫描探测目标；

26、经目标反射后的回波光束到达dmd，判断是否进行鬼成像。

27、可选地，判断是否进行鬼成像包括：

28、第一、第二单点探测器接收所述dmd反射的回波光束，将光信号转换为电信号后，上传至pc端处理，获取激光发射到第一、第二单点探测器接收到回波的时间，根据飞行时间测距法获取目标距离；

29、预设感兴趣目标的最大距离，将获取的所述目标距离与预设的最大距离进行比较，判断目标是否为感兴趣目标，对所述感兴趣目标进行鬼成像的关联运算，获取重构后的图像，再将重构后的图像与所述目标距离进行融合，生成三维图像。

30、可选地，所述目标距离为：

31、

32、其中，d为目标与系统间的距离，c为光速，δt为飞行时间。

33、可选地，所述重构后的图像为：

34、

35、其中，pi代表投射的第i张掩膜图案，yi代表投射第i张掩膜图案得到的光强测量值，m×n为图像分辨率，q(x,y)为重构后的图像。

36、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

37、根据本发明的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统及方法，将传统激光雷达系统与鬼成像系统结合，可以实现对周围环境的探测和三维感知，进而确定感兴趣目标，对其进行鬼成像，实现高分辨率的三维重建。相比于传统单一的激光雷达系统，功能丰富，集成度高。另外，本发明可实现对目标的变分辨率三维成像，大大提高了系统成像效率。

技术特征：

1.一种变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统，其特征在于，包括：激光发射模块、光束偏转模块、鬼成像模块和回波接收模块；

2.根据权利要求1所述的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统，其特征在于，所述激光发射模块包括：脉冲激光器和准直透镜；

3.根据权利要求2所述的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统，其特征在于，所述光束偏转模块包括：带孔反射镜和mems反射镜；

4.根据权利要求1所述的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统，其特征在于，所述鬼成像模块包括：汇聚透镜和dmd；

5.根据权利要求4所述的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统，其特征在于，所述回波接收模块包括：第一单点探测器和第二单点探测器；

6.根据权利要求5所述的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的系统，其特征在于，所述dmd包括：第一工作状态和第二工作状态；

7.一种变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的方法，应用如权利要求1-6所述的系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的方法，其特征在于，判断是否进行鬼成像包括：

9.根据权利要求8所述的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的方法，其特征在于，所述目标距离为：

10.根据权利要求8所述的变分辨率mems镜扫描探测鬼成像的方法，其特征在于，所述重构后的图像为：

技术总结
本发明公开了一种变分辨率MEMS镜扫描探测鬼成像的系统及方法，包括：激光发射模块、光束偏转模块、鬼成像模块和回波接收模块；所述激光发射模块，用于发射光束；所述光束偏转模块，用于对所述光束进行偏转以扫描目标；所述鬼成像模块，用于在初次扫描时对回波光束进行偏转，在进行鬼成像时对回波光进行掩膜调制；所述回波接收模块，用于接收所述鬼成像模块反射回的光束。本发明将传统激光雷达系统与鬼成像系统结合，可以实现对周围环境的探测和三维感知，进而确定感兴趣目标，对其进行鬼成像，实现高分辨率的三维重建，这样达到了变分辨率的目的，大大提高了系统成像效率。

技术研发人员：韩斌,梁龙,郝群,曹杰,史牟丹,李林
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15