基于共聚焦模式的非视域动态成像系统

摘要

本发明提出一种基于共聚焦模式的非视域动态成像系统，其中，包括：条纹相机、扫描转镜、漫反射板、成像目标、激光器、DAQ控制器、其中，激光器与条纹相机的接收的位置在同一点；条纹相机，用于获得成像目标不同位置处散射光子的时间信息；DAQ控制器，用于根据散射光子的时间信息做变换，以获得特定的激光位置的成像物体的信息，通过多次高速扫描获得三维动态成像。由此，能够实现高效高质量的非视域成像。

权利要求

1.一种基于共聚焦模式的非视域动态成像系统，其特征在于，包括：条纹相机、扫描转镜、漫反射板、成像目标、激光器、DAQ控制器，其中，所述激光器与所述条纹相机的接收的位置在同一点；

所述条纹相机，用于获得所述成像目标不同位置处散射光子的时间信息；

所述DAQ控制器，用于根据所述散射光子的时间信息做变换，以获得特定的激光位置的成像物体的信息，通过多次高速扫描获得三维动态成像；

其中，所述非视域动态成像系统采用DG645的外触发方式，将所述激光器的同步脉冲作为触发源，通过所述DG645将同步信号一路发送至所述扫描转镜，另一路发送至所述条纹相机。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描转镜的触发信号以及所述条纹相机的触发信号连接DG645的输出端，激光脉冲经过PIN后将电信号作为条纹相机扫描模块的信号源。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描转镜，用于将入射的激光打在所述漫反射板上。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光器的输出脉冲通过同步设备将所述扫描转镜以及所述条纹相机同步触发。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述同步设备为DG645。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：偏振分光镜，所述偏振分光镜用于将所述将同步信号一路发送至所述扫描转镜，另一路发送至所述条纹相机。

说明书

基于共聚焦模式的非视域动态成像系统

技术领域

[0001] 本发明涉及计算摄像学技术领域，尤其涉及一种基于共聚焦模式的非视域动态成像系统。

背景技术

[0002] 近年来，计算摄像学已经成为交叉视觉、图形学、摄像学、信号处理等领域的国际前沿热点研究，如何充分利用计算方法不断提升新的成像设备引起了广泛的关注。非视域
成像技术主要用于探测城市街道拐角处、房屋内的隐藏物体，能够绕过拐角或障碍物对隐
藏目标物体成像，实现视线以外区域定位目标，充分的利用计算摄像学的手段提升这种成
像的性能具有十分重要的意义。

[0003] 非视域成像技术与传统的光学成像技术最大的不同在于:它是对人眼看不到的区域的隐藏物体成像。传统的光学成像技术是通过探测器对于能够看到的物体进行成像，而
非视域成像技术是专门针对于隐藏物体进行成像。这项技术的关键技术是利用激光照射到
中介面上，进行漫反射，光经过一次或者多次漫反射后传输到隐藏物体上，从而间接获取隐
藏物体的信息，最终对隐藏物体进行成像，瞬态成像是获得非视域成像的核心，此外，由于
非视域成像系统中超低的信噪比问题吸引了全球的专家学者的广泛关注。然而，现有技术
中，非视域成像的精度并不高。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

[0005] 为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于共聚焦模式的非视域动态成像系统，以实现高精度的非视域成像。

[0006] 为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于共聚焦模式的非视域动态成像系统，包括：条纹相机、扫描转镜、漫反射板、成像目标、激光器、DAQ控制器、

[0007] 其中，所述激光器与所述条纹相机的接收的位置在同一点；

[0008] 所述条纹相机，用于获得所述成像目标不同位置处散射光子的时间信息；

[0009] 所述DAQ控制器，用于根据所述散射光子的时间信息做变换，以获得特定的激光位置的成像物体的信息，通过多次高速扫描获得三维动态成像。

[0010] 可选的，采用DG645的外触发方式，将所述激光器的同步脉冲作为触发源。

[0011] 可选的，所述扫描转镜的触发信号以及所述条纹相机的触发信号连接DG645的输出端，激光脉冲经过PIN后将电信号作为条纹相机扫描模块的信号源。

[0012] 可选的，所述扫描转镜，用于将入射的激光打在所述漫反射板上。

[0013] 可选的，通过所述DG645将同步信号一路发送至所述扫描转镜，另一路发送至所述条纹相机。

[0014] 可选的，所述激光器的输出脉冲通过同步设备将所述扫描转镜以及所述条纹相机同步触发。

[0015] 可选的，所述同步设备为DG645。

[0016] 可选的，还包括：

[0017] 偏振分光镜，所述偏振分光镜用于将所述将同步信号一路发送至所述扫描转镜，另一路发送至所述条纹相机。

[0018] 本发明的实施例，至少具有如下的技术效果：

[0019] 利用共聚焦的成像方式，结合高速转镜扫描采用条纹相机作为探测器获得非视域的动态成像。高速转镜通过在漫散射体表面做高速扫描，经过成像物体和漫散射物体之后，
激光光子被条纹相机接收，由于条纹相机可分辨不同时刻的激光光子，而到达时间的则反
映了成像物体的深度信息。通过多次扫描可获得成像物体的三维信息，要实现动态成像则
扫描速度要高于动态场景的运动速度，通过对采集得到的条纹图像做反向投影等计算可获
得非视域动态信息。

[0020] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0021] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0022] 图1为本发明实施例所提供的一种方法的流程示意图；

[0023] 图2为根据本发明一个实施例的共聚焦条纹相机实现非视域成像的系统图；以及

[0024] 图3为根据本发明一个实施例的扫描转镜将入射的激光打在漫反射板上后，有效区域被划分的矩阵图。

具体实施方式

[0025] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0026] 下面参考附图描述本发明实施例的基于共聚焦模式的非视域动态成像系统。

[0027] 图1为本发明实施例所提供的一种基于共聚焦模式的非视域动态成像系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：条纹相机100、扫描转镜200、漫反射板300、成像目标400、
激光器500、DAQ控制器600，其中，

[0028] 激光器500与条纹相机的接收的位置在同一点；

[0029] 条纹相机100，用于获得成像目标不同位置处散射光子的时间信息；

[0030] DAQ控制器600，用于根据散射光子的时间信息做变换，以获得特定的激光位置的成像物体的信息，通过多次高速扫描获得三维动态成像。

[0031] 在实际执行过程中，如图2所示，采用透镜耦合的方式使发射激光的位置和探测器接收的位置重合，在该种成像方式下，激光光子的散射可等效为球面波，在条纹相机的曝光
时间内可获得不同半径的球面波的光子数，采集得到的图像从开始接收光子到曝光结束条
纹相机获得的是光锥的不同直径的光子数。对该光锥做变换可获得特定的激光位置的成像
物体的信息，通过多次高速扫描获得三维动态成像。对光锥的反变换可以采用地震波成像
中的f‑k迁移等的方法。此外，相机与扫描转镜以及激光均需要同步，可采用DG645的外触发
方式，将激光器的同步脉冲作为触发源，扫描转镜的触发信号以及条纹相机CCD的触发信号
连接DG645的输出端，激光脉冲经过PIN后将电信号作为条纹相机扫描模块的信号源。

[0032] 按照本发明提供的技术方案，所述共聚焦条纹相机非视域动态成像的方案步骤如下：

[0033] （1）搭建共聚焦的光学系统以及同步系统；

[0034] （2）通过转镜高速扫描漫反射板，获得条纹图像；

[0035] （3）采用光锥变换以及F‑K迁移的算法获得重构三维图像。

[0036] 在本发明的一个实施例中，如图2所示，采用共聚焦系统结构，对非视域的成像目标在漫反射板上做投影，扫描转镜在该区域内做多点扫描，每一个点出可获得一张有关飞
行时间以及强度的条纹图像，该图像中将携带有关非视域成像目标的三维信息，外加扫描
空间和时间信息将构成一个5维的数据集，通过反解该5维数据可获得目标的3维信息。

[0037] 在本发明的一个实施例中，如图3所示，扫描转镜将入射的激光打在漫反射板上，为了更好的重建目标，可将有效区域划分成一个阵列，采用自动扫描外加自动成像的方式，
获得非时域的动态信息。

[0038] 由此，本发明实施例的基于共聚焦模式的非视域动态成像，利用了共聚焦特性，结合条纹相机的超高时间分辨将非视域重构问题转化为光锥变换问题；动态场景高功率激光
结合高速扫描转镜实现；通过高精度同步装置，实现激光与条纹相机以及转镜的精密同步，
激光发射的位置与条纹相机接收的位置在同一点处，条纹相机可以获得成像目标不同位置
处散射光子的时间信息，由于共聚焦的特性质，条纹相机接收到光锥的某个位置处强度随
时间的变化信息。通过光锥变换可获得非视域成像目标的三维信息，并且，可以通过DAQ控
制器结合上位机的程控软件，组成一个可以自动控制扫描方向的高速转动系统。扫描的速
度应远大于非视域动态物体的运动速度，且成像速度足够快，其中，在执行过程中，激光的
输出脉冲通过DG645等高精度同步设备，将转镜以及条纹相机、CCD等设备同步触发，使外部
触发信息与扫描以及条纹相机严格同步。

[0039] 综上，本发明实施例的基于共聚焦模式的非视域动态成像系统，采用共聚焦的成像模型，通过对条纹相机采集到的条纹图像做光锥变换，可得到非视域的静态图像；采用转
镜做高速扫描并结合条纹相机同步采集的方法，可获得动态成像。本发明提出的上述方案
实现方案简单，能够实现高效高质量的非视域成像。

[0040] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0041] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0042] 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件
或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技
术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离
散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编
程门阵列（FPGA）等。

[0043] 本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介
质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

[0044] 此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模
块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如
果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机
可读取存储介质中。

[0045] 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限
制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变
型。