一种大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法

摘要

本发明公开了一种大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法，用于距离选通激光成像横向扫描合成系统，通过智能机械转动机构快速连续改变脉冲激光器的发射偏转角，进而通过选通成像器获取一系列激光选通图像，并由所述选通成像器的处理芯片将该一系列激光选通图像同步处理合成为一张大视角的合成图像。本发明能够利用小视角的距离选通激光器获取大视角的选通图像，在成像的过程中，同步对图像进行合成，能够在最短时间内得到一幅同时显示同一平面区域中的全部目标物体图像。本发明的技术方案操作简单、适应性强，特别适合于距离选通激光器系统中使用。

说明书

技术领域

本发明属于激光成像技术领域，具体涉及一种大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法，特别是指一种利用小视角的距离选通激光合成大视角选通图像的方法。

背景技术

大面阵激光距离选通技术，是利用脉冲激光器和大面阵CMOS选通成像器，以激光反射回来的时间先后顺序区分不同距离上的散射光和目标反射光，使得目标的反射光刚好在成像器的选通时间内到达成像器并由大面阵CMOS进行采集成像。

具体成像方法如附图1-2所示。

首先，由控制器指令激光器向目标方向发射出高能量的短脉冲，激光脉冲在行进的过程中遇到颗粒或障碍物时会向后反射，只是在目标物体反射的激光回波到达成像器之前，控制系统把选通门关闭，此时激光回波不会在大面阵CMOS选通成像器上进行成像，只有照射到目标物体的激光回波到达成像器时，控制系统才打开选通门，接收来自目标物体的激光反射光，在大面阵CMOS成像器上进行成像。在这一过程中，需要通过设置选通门的开关时间以滤除激光回波到达成像器之前的杂波干扰。

但是，现有技术中距离选通激光成像的横向扫描装置或方法，由于激光发射功率的限制，在较远的距离上只能获得小视角的图像。因此在同一横向区域面上只能通过人工设置不同的激光发射角，对同一横向区域面上不同的目标物体进行独立成像时，故用户无法在极短时间清晰观察同一横向区域面上的所有目标。

因此需要对现有技术的距离选通激光成像的横向扫描技术进行改进，以优化同一横向区域面上所有目标成像的自动化程度、清晰度以及快捷程度。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法，利用小视角的距离选通激光合成大视角选通图像。

本发明具体采用如下技术方案实现。

一种大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法，用于距离选通激光成像横向扫描合成系统，通过智能机械转动机构快速连续改变脉冲激光器的发射偏转角，进而通过选通成像器获取一系列激光选通图像，并由所述选通成像器的处理芯片将该一系列激光选通图像同步处理合成为一张大视角的合成图像。

所述距离选通激光成像横向扫描合成系统主要包括脉冲激光器、选通成像器、选通门和控制器。

进一步地，该选通成像器包含有面阵CCD、像增强器和处理芯片。

所述智能机械转动机构主要包括微处理器、模数转换芯片、输出驱动芯片和传动齿轮机构。该智能机械转动机构能够接受脉冲激光器发送过来的横向扫描角度，从而快速连续改变脉冲激光器的发射偏转角。

上述大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法具体实施步骤详述如下。

步骤一，根据距离d设定脉冲激光发射的视场角为γ，同时将脉冲激光发射的初始偏转角设定为α，由控制器控制脉冲激光器发射脉冲激光，通过选通成像器获取第一帧图像AB。

步骤二，当步骤一完成后，智能机械转动机构在初始偏转角α的基础上驱动脉冲激光器偏转一个角度ω，再次启动脉冲激光器发射脉冲激光，然后通过选通成像器获取第二帧图像CD。

步骤三，重复上述步骤二，按预定方向进行扫描，直到偏转角变成最终偏转角-α。

步骤四，通过选通成像器的处理芯片对步骤一至步骤三获取到的一系列图像进行处理，最终形成一幅完整的目标图像AE。

所述角度ω的取值能够使得第二帧图像CD与第一帧图像AB具有一定面积的区域重合。

前述每一步骤中获取的图像均采用千兆以太网进行传输，或采用固态硬盘进行存储。

选通成像器的处理芯片对图像的处理，与前述各步骤同步进行。

所述图像处理，包括消除图像的畸变、消除多余噪声、增强图像的对比度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，

1、采用智能控制，由程序自动控制脉冲激光的偏转角；

2、采用图像重合拼接技术，消除成像盲区；

3、在成像的过程中，同步对图像进行合成，能够在最短时间内得到一幅同时显示同一平面区域中的全部目标物体图像。

附图说明

图1是现有技术中距离选通激光成像的横向扫描合成系统及工作原理示意图之一；

图2是现有技术中距离选通激光成像的横向扫描合成系统及工作原理示意图之二；

图3是本发明的大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法的工作原理示意图。

具体实施方式

为了本发明能够被更好的理解和实施，以下将结合附图3对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明的大视角距离选通激光成像系统包含了附图1、2所示的基本部件。图3中仅简略示出了激光器。

本发明的大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法，用于距离选通激光成像横向扫描合成系统，通过智能机械转动机构快速连续改变脉冲激光器的发射偏转角，进而通过选通成像器获取一系列激光选通图像，并由所述选通成像器的处理芯片将该一系列激光选通图像同步处理合成为一张大视角的合成图像。

所述距离选通激光成像横向扫描合成系统主要包括脉冲激光器、选通成像器、选通门和控制器。该选通成像器包含有面阵CCD、像增强器和处理芯片。

所述智能机械转动机构主要包括微处理器、模数转换芯片、输出驱动芯片、步进电机和传动齿轮机构。该智能机械转动机构能够接受脉冲激光器发送过来的横向扫描角度，从而快速连续改变脉冲激光器的发射偏转角。

如图2所示，假定距离选通激光器要对距离为d的目标进行水平扫描成像。上述大视角距离选通激光成像的横向扫描合成方法具体实施步骤详述如下。

步骤一，根据距离d设定脉冲激光发射的视场角为γ，同时将脉冲激光发射的初始偏转角设定为α。通过选通成像器获取第一帧图像AB。将该第一帧图像AB的中心点标记为m，该中心点m与目标区域中心P相对于脉冲激光器位置O的夹角就是α。

激光发射功率一定的情况下，视场角越小，才能保证远距离反射回来的激光具有足够的成像强度。因此，在本发明中，目标距离距离越远，脉冲激光发射的视场角越小。

选通门的开闭时间取决于成像目标的距离以及偏转角的大小。

步骤二，当步骤一完成后，智能机械转动机构在初始偏转角α的基础上驱动脉冲激光器偏转一个角度ω，此时的第二偏转角为β，然后通过选通成像器获取第二帧图像CD，该第二帧图像CD的中心点为n。所述角度ω的取值能够使得第一帧图像AB与第二帧图像CD约有1/4的区域面积重合。重合区域的面积可以根据实际需要确定，不限于1/4的数值。

步骤三，重复上述步骤二，按预定方向进行扫描，直到偏转角变成最终偏转角-α。

步骤四，通过选通成像器的处理芯片对步骤一至步骤三获取到的一系列图像进行处理，最终形成一幅完整的目标图像AE。

每一步骤中获取的图像均采用千兆以太网进行传输，更可以进一步采用固态硬盘(SSD，Solid State Disk)进行存储。

选通成像器的处理芯片对图像的处理，与前述各步骤同步进行。即，在步骤二中获取第二帧图像CD时，处理芯片将第一帧图像AB与第二帧图像CD进行处理，得到合成图像。在执行步骤三时，处理芯片又将新获取的第三帧与前面已经得到的合成图像同步进行合成，得到新的合成图像。以此类推，直至横向扫描结束。

前面提及的图像处理，包括如消除图像的畸变、消除多余噪声、增强图像的对比度等技术手段。

本发明中使用了图像拼接技术，从第一帧图像开始，首先与第二帧图象进行拼接，合成一幅较大尺寸的合成图像，然后合成图像再与第三帧进行拼接，后续图像依次进行处理，直到最后获得的第n帧选通图像。

具体拼接方法描述如下：

如图3所示，当AB图像与CD图像进行重叠区域匹配时，首先在AB图像的右边提取图像特征点，在CD图像的左右提取特征点，通过特征点匹配粗略的确定AB图像与CD图像的重叠区域。

假定粗略确定的重叠区域在水平方向上的尺寸为X,在垂直方向上的尺寸为Y。然后在AB图像的右边,在X尺寸范围内，相隔2个像素取n列数据，组成一个像素数组Pixel_A[X/3,n]，作为一个模板；在CD图像的左边，以左上角为坐标原点，设定水平偏移量为x，垂直偏移量为y，初始时，x＝0,y＝0，在X尺寸范围内，以相同的间隔也取n列数据，组成一个像素数组Pixel_B[X/3,n]，计算数组Pixel_A与数组Pixel_B的差值平方和，记为E₁；令x最大取值为20,y最大取值为20，每次在CD图像按照同样的取值方式，共组成400个不同的Pixel_B，分别与数组Pixel_A进行比较，计算它们的差值平方和，得到E_i；取差值平方和最小的那组数据，记录x，y。即可精确确定重叠区域的位置。

重叠区域的处理：

假定AB图像与CD图像的重叠区域为X，则在X范围内，计算AB图像中的每个像素数值与CD图像中相应像素的平均值，以这个平均值作为新图像的像素值。

以上仅是对本发明最佳实施例的描述，不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明技术方案的基础上进行的简单替换和改动，均应落入本发明所附权利要求的保护范围。