CN112911172B - 基于InGaAs相机的目标场景距离提取装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于InGaAs相机的目标场景距离提取装置，包括激光器，还包括时序控制与图像采集处理模块、发射镜头、接收镜头和InGaAs相机，本发明还公开了基于InGaAs相机的目标场景距离提取方法。本发明采用高精度时间延迟和图像差值法，能有效提取目标场景的同时提取距离值，距离精度可与相机的内部时钟匹配，达到像元积分计数时钟。本发明解决了激光选通成像精度受限于器件最小积分时间的难题。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测领域，具体涉及基于InGaAs相机的目标场景距离提取装置，还涉及基于InGaAs相机的目标场景距离提取方法，适用于目标场景距离高精度提取。
背景技术
光电技术的发展，促进了光电被动观测装备的快速发展，推动了以可见光成像、短波红外成像、中远红外成像等为主的被动观测设备在国防军事、安防保卫等方面的广泛应用，然而被动成像难以获取目标区域的距离值，以激光雷达为代表的激光主动成像技术能快速获取目标距离值而得到快速发展，但其成像速度、成像细节分辨率不如被动成像，由此产生了两者优势的结合体激光选通成像技术，既可以获取目标的细节，又可以获取目标区域的距离值。
现有的激光距离选通方法受制于成像器件光谱响应和积分时间，通常采用以近红外激光作为照明光源，用ICCD器件来开展激光距离选通研究，利用ICCD较短积分时间特性实现距离选通。
中国专利CN 106506996 B讲述了一种基于线阵激光照明的短波红外成像系统及其工作方法，采用线阵InGaAs探测器和线阵光源开展激光选通成像，但是在探测器积分开启时间这一关键问题上没有明说，只是提及根据激光脉冲的光束飞行时间来计算积分电路积分延时，只有在明确目标距离的情况下才会知道光束飞行时间。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的不足，提供基于InGaAs相机的目标场景距离提取装置，还提供基于InGaAs相机的目标场景距离提取方法。采用高精度时间延迟和图像差值法，能有效提取目标场景的同时提取目标场景距离值。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
基于InGaAs相机的目标场景距离提取装置，包括激光器，还包括时序控制与图像采集处理模块、发射镜头、接收镜头和InGaAs相机，
时序控制与图像采集处理模块，用于采集InGaAs相机输出的数字图像数据，设置InGaAs相机的总积分时间，触发InGaAs相机启动积分，控制激光器出光；
激光器，在时序控制与图像采集处理模块的触发下产生用于照明目标场景所需的激光光束；
InGaAs相机，在时序控制与图像采集处理模块设置与触发下采集接收镜头输出的光信号转换为电信号，当总积分时间完毕后形成数字图像数据输出，
发射镜头，将激光器输出的激光光束投射到目标区域，
接收镜头，接收目标场景反射回来的光信号。
基于InGaAs相机的目标场景距离提取方法，包括以下步骤：
时序控制与图像采集处理模块第i次设置InGaAs相机的总积分时间为Tc-ΔT×(i-1)，Tc为初始总积分时间，ΔT为延迟步进数，然后启动激光器出光，启动激光器出光后延迟T0+ΔT(i-1)启动InGaAs相机积分，T0为时间间隔初始值，InGaAs相机积分完成后输出数字图像数据，时序控制与图像采集处理模块采集数字图像数据Pi并完成存储，然后用数字图像数据Pi-1减去数字图像数据Pi，得到差值数据图像ΔPi-1，差值数据图像ΔPi-1对应的目标场景距离为
c为光速。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、最小目标场景距离与InGaAs相机的最小积分时间无关，而与InGaAs相机内部的时钟周期相关，达到了InGaAs相机的最高精度；
2、通过多次成像形成激光光束范围内的场景三维像，目标细节可达到被动成像水平；
3、该方法适用于任何距离选通成像系统，方法简单，实用性强。
附图说明
图1为本发明装置的组成图。
图2为本发明方法的时序示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，基于InGaAs相机选通成像的目标场景距离提取装置，包括时序控制与图像采集处理模块、激光器、发射镜头、接收镜头和InGaAs相机。
时序控制与图像采集处理模块，用于采集InGaAs相机输出的数字图像数据，设置InGaAs相机的工作参数与总积分时间，触发InGaAs相机启动积分，控制激光器出光，
激光器，在时序控制与图像采集处理模块的触发下产生用于照明目标场景所需的激光光束，
InGaAs相机，在时序控制与图像采集处理模块设置与触发下采集接收镜头输出的光信号，并将其转换为电信号，当总积分时间完毕后形成数字图像数据输出，
发射镜头，将激光器输出的激光光束投射到目标区域，
接收镜头，接收目标场景反射回来的光信号。
时序控制与图像采集处理模块按如下时序控制激光器输出激光光束和触发InGaAs相机积分启动。
激光器的出光时刻与InGaAs相机积分启动时刻的时间间隔初始值T0＝1us，激光器先出光，延迟步进数ΔT＝100ns，InGaAs相机的初始总积分时间Tc＝100us。
时序控制与图像采集处理模块第一次设置InGaAs相机的总积分时间为Tc后启动激光器出光，启动激光器出光后延迟T0启动InGaAs相机积分，InGaAs相机积分完成后输出数字图像数据，时序控制与图像采集处理模块采集数字图像数据P1并完成存储；
时序控制与图像采集处理模块第二次设置InGaAs相机的总积分时间为Tc-ΔT，然后启动激光器出光，启动激光器出光后延迟T0+ΔT启动InGaAs相机积分，InGaAs相机积分完成后输出数字图像数据，时序控制与图像采集处理模块采集数字图像数据P2并完成存储，
时序控制与图像采集处理模块第i次设置InGaAs相机的总积分时间为Tc-ΔT×(i-1)，然后启动激光器出光，延迟T0+ΔT(i-1)后启动InGaAs相机积分，InGaAs相机积分完成后输出数字图像数据。
然后用数字图像数据P1减去数字图像数据P2，得到差值数字图像数据ΔP1，差值数字图像数据ΔP1对应的目标场景距离为
c为光速。
基于InGaAs相机选通成像的目标场景距离提取方法，包括以下步骤：
时序控制与图像采集处理模块第i次设置InGaAs相机的总积分时间为Tc-ΔT×(i-1)，然后启动激光器出光，延迟T0+ΔT(i-1)后启动InGaAs相机积分，InGaAs相机积分完成后输出数字图像数据，时序控制与图像采集处理模块采集数字图像数据Pi并完成存储，然后用数字图像数据Pi-1减去数字图像数据Pi，得到差值数据图像ΔPi-1，记作ΔPi-1，此差值数据图像ΔPi-1对应的目标场景距离为
本文中所描述的具体实施例仅仅是本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.基于InGaAs相机的目标场景距离提取方法，利用基于InGaAs相机的目标场景距离提取装置，上述装置包括激光器、时序控制与图像采集处理模块、发射镜头、接收镜头和InGaAs相机，
时序控制与图像采集处理模块，用于采集InGaAs相机输出的数字图像数据，设置InGaAs相机的总积分时间，触发InGaAs相机启动积分，控制激光器出光；
激光器，在时序控制与图像采集处理模块的触发下产生用于照明目标场景所需的激光光束；
InGaAs相机，在时序控制与图像采集处理模块设置与触发下采集接收镜头输出的光信号转换为电信号，当总积分时间完毕后形成数字图像数据输出，
发射镜头，将激光器输出的激光光束投射到目标区域，
接收镜头，接收目标场景反射回来的光信号，
其特征在于，上述方法包括以下步骤：
时序控制与图像采集处理模块第i次设置InGaAs相机的总积分时间为Tc-VT×(i-1)，Tc为初始总积分时间，VT为延迟步进数，然后启动激光器出光，启动激光器出光后延迟T0+VT(i-1)启动InGaAs相机积分，T0为时间间隔初始值，InGaAs相机积分完成后输出数字图像数据，时序控制与图像采集处理模块采集数字图像数据Pi并完成存储，然后用数字图像数据Pi-1减去数字图像数据Pi，得到差值数据图像VPi-1，差值数据图像VPi-1对应的目标场景距离为
c为光速。
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