測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用距離選通反卷積法測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置及方法。該方法根據(jù)距離選通圖像序列形成距離灰度矩陣，通過(guò)該距離灰度矩陣與激光脈沖能量矩陣進(jìn)行離散反卷積運(yùn)算可獲得選通脈沖增益矩陣，從而基于該選通脈沖增益矩陣可獲得選通脈沖的光增益曲線，最終測(cè)量獲得選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬。本發(fā)明具有成本低、適應(yīng)性好、測(cè)量方式靈活的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】測(cè)量選通像増強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種采用距離選通反卷積法測(cè)量選通像增強(qiáng) 器光學(xué)門寬的裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀(jì)六十年代，美國(guó)陸軍NVL夜視實(shí)驗(yàn)室提出了距離選通成像技術(shù)，該技術(shù)采 用激光脈沖器作為照明光源，采用選通成像器件作為探測(cè)器，可以實(shí)現(xiàn)空間切片成像，并抑 制大氣等的后向散射，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)有效探測(cè)。但是，由于受到窄激光脈沖器和選通成像器件等 關(guān)鍵器件發(fā)展的制約，在之后的幾十年里研宄進(jìn)展緩慢。直到上世紀(jì)末本世紀(jì)初，隨著硬件 技術(shù)的不斷成熟，該技術(shù)才被重新喚醒，并在夜視、海事監(jiān)控、水下成像、生物醫(yī)學(xué)成像、三 維成像等應(yīng)用領(lǐng)域得到迅速發(fā)展，特別是在二維距離選通成像技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的距離 選通三維成像技術(shù)。無(wú)論是距離選通的二維成像技術(shù)還是三維成像技術(shù)，選通成像器件的 選通脈形的測(cè)量對(duì)于距離選通成像技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。
[0003] 在距離選通成像技術(shù)中，選通成像器件主要是配有選通像增強(qiáng)器的C⑶和CMOS， 即KXD和ICM0S。選通像增強(qiáng)器具有快門的作用，在TTL電觸發(fā)信號(hào)下，選通像增強(qiáng)器的微 通道板開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)選通快門功能。選通像增強(qiáng)器開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間稱為門寬，分為電學(xué)門寬和 光學(xué)門寬。其中，電學(xué)門寬主要是指觸發(fā)選通門開(kāi)啟的高壓電脈沖信號(hào)的脈寬，該高壓電脈 沖信號(hào)正是在上述TTL電觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)下由選通像增強(qiáng)器的高壓模塊產(chǎn)生，通常該高壓電 脈沖信號(hào)的脈寬與TTL電觸發(fā)信號(hào)的脈寬大小一致，因此，往往將TTL電觸發(fā)信號(hào)的脈寬作 為選通像增強(qiáng)器的電學(xué)門寬；光學(xué)門寬主要是指選通像增強(qiáng)器在電觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)下實(shí)際開(kāi) 啟的持續(xù)曝光時(shí)間，通常測(cè)量選通脈沖的時(shí)域光脈形，以該脈形的半高寬作為光學(xué)門寬。隨 著選通像增強(qiáng)器的發(fā)展，近年來(lái)國(guó)外選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬已達(dá)到皮秒級(jí)，而國(guó)內(nèi)選通 像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬也已實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)。
[0004] 目前測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的方法主要是光電互相關(guān)測(cè)量法（KanWuet al.，AppliedOptics，2009,Vol. 48(18)，pp3337-3343)，采用飛秒激光脈沖器作為探測(cè)光 源，照射選通像增強(qiáng)器，通過(guò)延時(shí)掃描的方式進(jìn)行測(cè)量選通脈沖的光脈形，進(jìn)而測(cè)量其選通 脈寬。在該方法中，要求作為探測(cè)光源的激光脈沖器的脈寬應(yīng)遠(yuǎn)小于待測(cè)選通像增強(qiáng)器光 學(xué)門寬，從而可將激光脈沖器輸出的激光脈沖作為理想的無(wú)限窄的取樣脈沖，實(shí)現(xiàn)測(cè)量選 通脈沖光脈形的目的。
[0005] 但是，由于飛秒激光脈沖器價(jià)格昂貴，使得該方法具有較高的硬件成本，此外，目 前該方法主要用于測(cè)量未與C⑶或CMOS裝配的選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬，而KXD和ICMOS 中的選通像增強(qiáng)器往往通過(guò)耦合光錐與CCD或CMOS圖像傳感器硬件連接，導(dǎo)致光電互相關(guān) 測(cè)量法無(wú)法有效測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采用距離選通反卷積法測(cè)量選通像增強(qiáng)器 光學(xué)門寬的裝置及方法，以降低測(cè)量的硬件成本，并實(shí)現(xiàn)對(duì)ICCD和ICMOS中的選通像增強(qiáng) 器的測(cè)量。
[0008](二）技術(shù)方案
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置。該裝置 包括：激光脈沖器1 ;擴(kuò)展反射靶4,朝向激光脈沖器1設(shè)置，其位置可在距離向前后移動(dòng)， 待測(cè)選通像增強(qiáng)器2朝向該擴(kuò)展反射靶4設(shè)置；成像鏡頭5,設(shè)置于待測(cè)選通像增強(qiáng)器2的 光路前端；光學(xué)耦合器6,設(shè)置于待測(cè)選通像增強(qiáng)器2的光路后端；面陣圖像傳感器7,電性 連接至光學(xué)耦合器6 ;時(shí)序控制器3,電性連接至激光脈沖器1及待測(cè)選通像增強(qiáng)器2,用于 產(chǎn)生第一時(shí)序控制信號(hào)和第二時(shí)序控制信號(hào)，其中，第一時(shí)序控制信號(hào)控制激光脈沖器輸 出的激光脈沖，第二時(shí)序控制信號(hào)控制待測(cè)選通像增強(qiáng)器產(chǎn)生的選通脈沖間的選通延時(shí)； 以及數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)8,用于設(shè)置時(shí)序控制器3的時(shí)域參數(shù)，該時(shí)域參數(shù)與產(chǎn)生的第一 時(shí)序控制信號(hào)和第二時(shí)序控制信號(hào)相關(guān)；并對(duì)面陣圖像傳感器7回傳圖像進(jìn)行處理。其中， 擴(kuò)展目標(biāo)靶4在距離向由近及遠(yuǎn)步進(jìn)式改變位置，面陣圖像傳感器獲取不同位置的擴(kuò)展目 標(biāo)靶圖像9,形成距離選通圖像序列，數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)8根據(jù)該距離選通圖像序列計(jì)算 待測(cè)選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的方法。該 方法利用上述的測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置，包括：步驟A:通過(guò)數(shù)據(jù)處理與控制系 統(tǒng)設(shè)置時(shí)序控制器的時(shí)域參數(shù)，由時(shí)序控制器依據(jù)該時(shí)域參數(shù)產(chǎn)生光學(xué)門寬測(cè)量工作時(shí) 序；步驟B:按照待測(cè)選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬測(cè)量精度，計(jì)算獲得擴(kuò)展目標(biāo)靶的步進(jìn)步長(zhǎng) AR及需要移動(dòng)的距離區(qū)間；步驟C:按照需要移動(dòng)的距離區(qū)間內(nèi)，垂直于待測(cè)選通像增強(qiáng) 器的光軸在距離向上由近及遠(yuǎn)以AR的步進(jìn)步長(zhǎng)移動(dòng)擴(kuò)展目標(biāo)靶，在其中的每一個(gè)位置， 由面陣圖像傳感器抓取N幀的距離選通圖像，其中，N多1 ;步驟D:數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)對(duì)N 幀圖像進(jìn)行多幀平均處理后作為當(dāng)前位置的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像，不同距離上的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖 像形成的距離選通圖像序列；步驟E:對(duì)于距離選通圖像序列，提取該圖像序列中感興趣區(qū) 域像素的平均灰度值，畫(huà)出距離灰度曲線，根據(jù)距離灰度曲線提取距離灰度矩陣；步驟F: 利用光電探測(cè)器測(cè)量半導(dǎo)體激光脈沖器輸出的激光脈形曲線，提取激光脈沖能量矩陣；步 驟G:利用距離灰度矩陣和激光脈沖能量矩陣進(jìn)行反卷積運(yùn)算獲得選通脈沖增益矩陣；以 及步驟H:根據(jù)選通脈沖增益矩陣畫(huà)出選通像增強(qiáng)器選通脈沖的光增益曲線，通過(guò)該增益 曲線確定待測(cè)選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬。
[0011] (三）有益效果
[0012] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明采用距離選通反卷積法測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué) 門寬的裝置及方法具有以下有益效果：
[0013] (1)采用ns級(jí)半導(dǎo)體激光脈沖器替換傳統(tǒng)方法中的價(jià)格昂貴的飛秒激光脈沖器 作為光源，可以降低測(cè)量成本，拓展測(cè)量光源的選擇范圍，提高光源選擇的靈活性；
[0014] (2)光學(xué)測(cè)量脈寬的精度由擴(kuò)展目標(biāo)靶步進(jìn)的步長(zhǎng)大小決定，可以通過(guò)距離向小 步長(zhǎng)步進(jìn)移動(dòng)擴(kuò)展目標(biāo)靶實(shí)現(xiàn)ns級(jí)甚至是ps級(jí)選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬測(cè)量；
[0015] (3)可以基于距離選通圖像序列的感興趣區(qū)域像素灰度值提取進(jìn)行選通像增強(qiáng)器 光學(xué)門寬測(cè)量，對(duì)于選通像增強(qiáng)器已集成裝配的ICCD和ICMOS也可實(shí)現(xiàn)選通像增強(qiáng)器光學(xué) 門寬的測(cè)量，提高了測(cè)量靈活性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為圖1所示測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置中擴(kuò)展反射靶4前后移動(dòng)的示 意圖；
[0018] 圖3為圖1所示測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置中擴(kuò)展反射靶4前后移動(dòng)而得 到的距離選通圖像序列的示意圖；
[0019] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的方法的流程圖；
[0020] 圖5為圖4所示測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬方法的步驟E繪制的距離灰度曲線；
[0021] 圖6為圖4所示測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬方法的步驟G中，利用距離灰度矩陣 和激光脈沖能量矩陣進(jìn)行反卷積運(yùn)算獲得選通脈沖增益矩陣的示意圖；
[0022] 圖7A為理論仿真獲得13X1距離灰度矩陣對(duì)應(yīng)的距離灰度曲線；
[0023] 圖7B為經(jīng)由本實(shí)施例方法獲得的選通脈沖光增益曲線與選通脈沖光增益真實(shí)曲 線的比較。
[0024]【主要元件符號(hào)說(shuō)明】
[0025] 1-半導(dǎo)體激光脈沖器； 2-選通像增強(qiáng)器；
[0026] 3-時(shí)序控制器； 4-擴(kuò)展目標(biāo)靶；
[0027] 5-成像鏡頭； 6-光學(xué)親合器；
[0028] 7-面陣圖像傳感器； 8-數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)；
[0029] 9-擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像； 10-感興趣區(qū)域像素。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等 于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0031] 本發(fā)明提供了一種采用距離選通反卷積法測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置及 方法。該方法根據(jù)距離選通圖像序列形成距離灰度矩陣，通過(guò)該距離灰度矩陣與激光脈沖 能量矩陣進(jìn)行離散反卷積運(yùn)算可獲得選通脈沖增益矩陣，從而基于該選通脈沖增益矩陣可 獲得選通脈沖的光增益曲線，最終測(cè)量獲得選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬。
[0032] 在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝 置。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所 示，本實(shí)施例測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置包括：激光脈沖器1 ;擴(kuò)展反射靶4,朝向激 光脈沖器1設(shè)置，其位置可在距離向前后移動(dòng)，待測(cè)選通像增強(qiáng)器2朝向該擴(kuò)展反射靶4設(shè) 置；成像鏡頭5,設(shè)置于待測(cè)選通像增強(qiáng)器2的光路前端；光學(xué)耦合器6,設(shè)置于待測(cè)選通像 增強(qiáng)器2的光路后端；面陣圖像傳感器7,電性連接至光學(xué)耦合器6 ;時(shí)序控制器3,電性連 接至所述激光脈沖器1及待測(cè)選通像增強(qiáng)器2,用于產(chǎn)生第一時(shí)序控制信號(hào)和第二時(shí)序控 制信號(hào)，其中，第一時(shí)序控制信號(hào)控制激光脈沖器輸出的激光脈沖，第二時(shí)序控制信號(hào)控制 待測(cè)選通像增強(qiáng)器產(chǎn)生的選通脈沖間的選通延時(shí)；以及數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)8,用于設(shè)置 時(shí)序控制器3的時(shí)域參數(shù)，該時(shí)域參數(shù)與產(chǎn)生的第一時(shí)序控制信號(hào)和第二時(shí)序控制信號(hào)相 關(guān)；并根據(jù)距離選通圖像序列計(jì)算待測(cè)選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬，其中，該距離選通圖像序 列為由面陣圖像傳感器獲取的不同位置上的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像9。
[0033] 以下對(duì)本實(shí)施例測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置的各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明。
[0034] 激光脈沖器1為ns級(jí)半導(dǎo)體激光脈沖器。在時(shí)序控制器3的觸發(fā)下，該激光脈沖 器1可輸出脈寬不大于待測(cè)選通像增強(qiáng)器電學(xué)門寬的窄激光脈沖。
[0035] 擴(kuò)展目標(biāo)靶4為具有漫反射特性的白色平面板，其與待測(cè)選通像增強(qiáng)器2的光軸 垂直，并且可在距離向上前后移動(dòng)，其尺寸不小于待測(cè)選通像增強(qiáng)器的視場(chǎng)，從而所成距離 選通圖像序列中，目標(biāo)均滿視場(chǎng)，即僅是對(duì)目標(biāo)靶的局部進(jìn)行了成像。
[0036] 光學(xué)耦合器6主要是將待測(cè)選通像增強(qiáng)器輸出的信號(hào)耦合至圖像傳感器。若是 ICCD或ICMOS，則待測(cè)選通像增強(qiáng)器已與圖像傳感器耦合集成，不需要添加光學(xué)耦合器；若 是待測(cè)選通像增強(qiáng)器為獨(dú)立器件，則需采用光學(xué)耦合透鏡，將待測(cè)選通像增強(qiáng)器輸出的光 信號(hào)耦合至圖像傳感器。
[0037] 面陣圖像傳感器7主要包括C⑶和CMOS兩種，可將選通像增強(qiáng)器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換 為圖像，輸出給數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)8。
[0038] 數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)8除處理面陣圖像傳感器7回傳圖像外，還可設(shè)置時(shí)序控制 器3的時(shí)域參數(shù)，控制時(shí)序控制器產(chǎn)生光學(xué)門寬測(cè)量工作時(shí)序，輸出兩路TTL電信號(hào)，觸發(fā) 激光脈沖器1和選通像增強(qiáng)器2工作。
[0039] 時(shí)序控制器3依據(jù)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)8下發(fā)的光學(xué)門寬測(cè)量工作時(shí)序，產(chǎn)生第 一時(shí)序控制信號(hào)控制激光脈沖器輸出的激光脈沖；產(chǎn)生第二時(shí)序控制信號(hào)控制待測(cè)選通像 增強(qiáng)器產(chǎn)生的選通脈沖間的選通延時(shí)。
[0040] 本實(shí)施例測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置的工作過(guò)程如下：在時(shí)序控制器3所 產(chǎn)生的第一時(shí)序控制信號(hào)的觸發(fā)下，半導(dǎo)體激光脈沖器1輸出脈寬不大于待測(cè)選通像增強(qiáng) 器電學(xué)門寬的窄激光脈沖，對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)靶4進(jìn)行照明；待測(cè)選通像增強(qiáng)器2在第二時(shí)序控制 信號(hào)觸發(fā)下按照預(yù)設(shè)的選通延時(shí)開(kāi)啟工作，采集由擴(kuò)展目標(biāo)靶4反射回并由成像鏡頭5收 集的光回波信號(hào)，該光回波信號(hào)由面陣圖像傳感器7轉(zhuǎn)換為當(dāng)前位置的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像， 并傳輸至數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)。通過(guò)距離向由近及遠(yuǎn)步進(jìn)式改變擴(kuò)展目標(biāo)靶4的位置（如 圖2所示），獲取不同距離上的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像9,形成距離選通圖像序列（如圖3所示）。
[0041] 基于上述的裝置，本發(fā)明還提供了一種測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的方法，圖4 為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的方法的流程圖。如圖4所示，本實(shí)施例 測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的方法包括：
[0042] 步驟A:通過(guò)數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)設(shè)置時(shí)序控制器的時(shí)域參數(shù)，由時(shí)序控制器依 據(jù)該時(shí)域參數(shù)產(chǎn)生光學(xué)門寬測(cè)量工作時(shí)序；
[0043] 時(shí)域控制參數(shù)包括選通延時(shí)τ、激光脈沖全脈寬待測(cè)選通像增強(qiáng)器的電學(xué)門 寬tg,^和激光脈沖脈沖重復(fù)頻率。
[0044] 由時(shí)序控制器產(chǎn)生的光學(xué)門寬測(cè)量工作時(shí)序，在該光學(xué)門寬測(cè)量工作時(shí)序下，面 陣圖像傳感器7 -幀的曝光時(shí)間里，包含M個(gè)脈沖對(duì)，每個(gè)脈沖對(duì)內(nèi)含一個(gè)激光脈沖和一個(gè) 選通脈沖，其中，激光脈沖的對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)為第一時(shí)序控制信號(hào)，選通脈沖對(duì)應(yīng)的控制信 號(hào)為第二時(shí)序控制信號(hào)，通過(guò)控制激光脈沖和選通脈沖間的選通延時(shí)實(shí)現(xiàn)距離選通成像， 選通延時(shí)τ滿足：
[0045] τ>tL(I)
[0046] 其中，\為激光脈沖的全脈寬。
[0047] 激光脈沖的全脈寬不大于選通脈沖的電學(xué)門寬，滿足關(guān)系：
[0048] tL<tg，電(2)
[0049]其中，\為激光脈沖的全脈寬，tg,ft為選通像增強(qiáng)器選通脈沖的電學(xué)門寬。
[0050] 圖像傳感器一幀的曝光時(shí)間里脈沖對(duì)的數(shù)量M為：
[0051]M=tefL (3)
[0052] 其中，4為激光脈沖重復(fù)頻率，、為圖像傳感器一幀曝光時(shí)間。用戶可自由選定M 值，并根據(jù)圖像傳感器的&值，由公式（3)選擇設(shè)定激光脈沖重復(fù)頻率。
[0053] 步驟B:按照待測(cè)選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬測(cè)量精度，計(jì)算獲得擴(kuò)展目標(biāo)靶4的步進(jìn) 步長(zhǎng)AR及距離區(qū)間；
[0054] 步進(jìn)步長(zhǎng)AR的大小則由測(cè)量者按照光學(xué)門寬測(cè)量精度設(shè)定，當(dāng)光學(xué)門寬測(cè)量精 度為Δt時(shí)，則步進(jìn)步長(zhǎng)滿足：
[0055] AR= ^-^-(4) 2
[0056] 其中，c為光速。
[0057] 擴(kuò)展目標(biāo)靶4需移動(dòng)的距離區(qū)間為：[(τ-tJc/2,（τ+tg,電）c/2]，其中，τ、\和 tg,^為步驟A中設(shè)定的選通延時(shí)、激光脈沖全脈寬、待測(cè)選通像增強(qiáng)器的電學(xué)門寬。
[0058] 步驟C:按照需要移動(dòng)的距離區(qū)間內(nèi)，垂直于待測(cè)選通像增強(qiáng)器的光軸在距離向 上由近及遠(yuǎn)以AR的步進(jìn)步長(zhǎng)移動(dòng)擴(kuò)展目標(biāo)靶4,在其中的每一個(gè)位置OVR2、R3、……、 Rk)，由面陣圖像傳感器抓取N幀距離選通圖像，N為自然數(shù)，將數(shù)據(jù)回傳至數(shù)據(jù)處理與控制 系統(tǒng)8;
[0059] 在本發(fā)明優(yōu)選地實(shí)施例中，N取大于3小于20的自然數(shù)。
[0060] 步驟D:數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)8對(duì)N幀圖像進(jìn)行多幀平均處理后作為當(dāng)前位置的 擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像，不同距離上的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像形成的距離選通圖像序列；
[0061] 步驟E:對(duì)于距離選通圖像序列，提取該圖像序列中感興趣區(qū)域像素的平均灰度 值，畫(huà)出距離灰度曲線，根據(jù)距離灰度曲線提取距離灰度矩陣；
[0062] 在步驟A時(shí)序控制器產(chǎn)生的光門寬測(cè)量工作時(shí)序下，激光脈沖和選通脈沖發(fā)生卷 積，對(duì)具有梯形距離能量包絡(luò)的空間切片進(jìn)行選通成像，當(dāng)擴(kuò)展目標(biāo)靶按照步驟C在距離 向上由近及遠(yuǎn)步進(jìn)式移動(dòng)時(shí)，可對(duì)不同距離處的空間切片進(jìn)行采樣，形成距離選通圖像序 列。
[0063] 距離灰度曲線用于選取灰度矩陣的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)。因?yàn)檫x通像增強(qiáng)器的電學(xué)門 寬往往大于光學(xué)門寬，所以獲取的圖像序列中存在冗余數(shù)據(jù)，通過(guò)灰度曲線可選取起始點(diǎn) 和結(jié)束點(diǎn)，剔除冗余數(shù)據(jù)。
[0064] 提取該圖像序列中相同位置感興趣區(qū)域像素10的平均灰度值，可畫(huà)出距離灰度 曲線（見(jiàn)圖5)，該曲線形狀為梯形包絡(luò)，根據(jù)距離灰度曲線選取該梯形包絡(luò)對(duì)應(yīng)的k個(gè)灰度 值形成kXl灰度值矩陣[1(1^),1(1^),1(?), -I(Ri),…I(Rk) ]τ。其中，I(R1)對(duì)應(yīng)于梯 形包絡(luò)起始位置的O點(diǎn)灰度值，I(Ri)對(duì)應(yīng)于梯形包絡(luò)第i個(gè)位置的灰度值，I(Rk)對(duì)應(yīng)于 梯形包絡(luò)結(jié)束位置的O點(diǎn)灰度值，O點(diǎn)灰度值為用戶選取的灰度閾值。在提取距離灰度矩 陣時(shí)，由于激光光斑光強(qiáng)分布不均勻，多為高斯分布，因此，可選取灰度值較高的像素或像 素區(qū)作為感興趣區(qū)域，從而對(duì)距離選通圖像序列中相同位置感興趣區(qū)域的像素進(jìn)行灰度提 取，形成距離灰度矩陣。
[0065] 需要說(shuō)明的是，0點(diǎn)灰度值是用戶根據(jù)需要設(shè)定的。在該0點(diǎn)灰度值設(shè)定合理的情 況下，在梯形包絡(luò)起始位置和結(jié)束位置，灰度值均等于該〇點(diǎn)灰度值。而在該起始位置和結(jié) 束位置之間的位置，即I(R2)?IOV1)的灰度值一般大于該〇點(diǎn)灰度值。
[0066] 步驟F:利用光電探測(cè)器測(cè)量半導(dǎo)體激光脈沖器輸出的激光脈形曲線，提取激光 脈沖能量矩陣：
[0067] 在圖6中，反卷積運(yùn)算中所用的激光脈沖能量矩陣可通過(guò)光電探測(cè)器測(cè)量半導(dǎo) 體激光脈沖器的激光脈形曲線，并對(duì)該脈形曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合處理后獲得激光脈沖函數(shù) P(t)，進(jìn)而由激光脈沖函數(shù)P(t)按照At的時(shí)間分辨率提取激光能量值，形成kXk激光脈 沖能量矩陣：
[0068]

【權(quán)利要求】
1. 一種測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置，其特征在于，包括： 激光脈沖器（1); 擴(kuò)展反射靶（4)，朝向所述激光脈沖器（1)設(shè)置，其位置可在距離向前后移動(dòng)，待測(cè)選 通像增強(qiáng)器（2)朝向該擴(kuò)展反射靶（4)設(shè)置； 成像鏡頭（5)，設(shè)置于待測(cè)選通像增強(qiáng)器（2)的光路前端； 光學(xué)耦合器（6)，設(shè)置于待測(cè)選通像增強(qiáng)器（2)的光路后端； 面陣圖像傳感器（7)，電性連接至所述光學(xué)耦合器（6); 時(shí)序控制器（3)，電性連接至所述激光脈沖器（1)及待測(cè)選通像增強(qiáng)器（2)，用于產(chǎn)生 第一時(shí)序控制信號(hào)和第二時(shí)序控制信號(hào)，其中，第一時(shí)序控制信號(hào)控制激光脈沖器輸出的 激光脈沖，第二時(shí)序控制信號(hào)控制待測(cè)選通像增強(qiáng)器產(chǎn)生的選通脈沖間的選通延時(shí)；以及 數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)（8)，用于設(shè)置所述時(shí)序控制器（3)的時(shí)域參數(shù)，該時(shí)域參數(shù)與產(chǎn) 生的第一時(shí)序控制信號(hào)和第二時(shí)序控制信號(hào)相關(guān)；并對(duì)所述面陣圖像傳感器（7)回傳圖像 進(jìn)行處理； 其中，所述擴(kuò)展目標(biāo)靶（4)在距離向由近及遠(yuǎn)步進(jìn)式改變位置，面陣圖像傳感器獲取 不同位置上的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像（9)，形成距離選通圖像序列，所述數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)（8) 根據(jù)該距離選通圖像序列計(jì)算待測(cè)選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，獲取每一擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像（9)的過(guò)程為： 在所述時(shí)序控制器（3)所產(chǎn)生的第一時(shí)序控制信號(hào)的觸發(fā)下，所述激光脈沖器（1)輸出窄 激光脈沖，對(duì)所述擴(kuò)展目標(biāo)靶（4)進(jìn)行照明；待測(cè)選通像增強(qiáng)器（2)在預(yù)設(shè)的選通延時(shí)下工 作，采集由所述擴(kuò)展目標(biāo)靶（4)反射回并由所述成像鏡頭（5)收集的光回波信號(hào)，該光回波 信號(hào)由所述面陣圖像傳感器（7)轉(zhuǎn)換為當(dāng)前位置的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像，傳輸至所述數(shù)據(jù)處理 與控制系統(tǒng)（8)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光脈沖器⑴輸出激光脈沖的脈寬 不大于待測(cè)選通像增強(qiáng)器的電學(xué)脈寬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述擴(kuò)展目標(biāo)靶（4)為具有漫反射特性的 白色平面板，其與待測(cè)選通像增強(qiáng)器（2)的光軸垂直，并且其尺寸不小于待測(cè)選通像增強(qiáng) 器的視場(chǎng)。
5. -種測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng) 所述的測(cè)量選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬的裝置，包括： 步驟A:通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)設(shè)置時(shí)序控制器的時(shí)域參數(shù)，由所述時(shí)序控制 器依據(jù)該時(shí)域參數(shù)產(chǎn)生光學(xué)門寬測(cè)量工作時(shí)序； 步驟B:按照待測(cè)選通像增強(qiáng)器光學(xué)門寬測(cè)量精度，計(jì)算獲得所述擴(kuò)展目標(biāo)靶的步進(jìn) 步長(zhǎng)AR及需要移動(dòng)的距離區(qū)間； 步驟C:按照需要移動(dòng)的距離區(qū)間內(nèi)，垂直于待測(cè)選通像增強(qiáng)器的光軸在距離向上由 近及遠(yuǎn)以△R的步進(jìn)步長(zhǎng)移動(dòng)擴(kuò)展目標(biāo)靶，在其中的每一個(gè)位置，由面陣圖像傳感器抓取N 幀的距離選通圖像，其中，N彡1 ; 步驟D:數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)對(duì)N幀圖像進(jìn)行多幀平均處理后作為當(dāng)前位置的擴(kuò)展目 標(biāo)靶圖像，不同距離上的擴(kuò)展目標(biāo)靶圖像形成的距離選通圖像序列； 步驟E:對(duì)于距離選通圖像序列，提取該圖像序列中感興趣區(qū)域像素的平均灰度值，畫(huà) 出距離灰度曲線，根據(jù)距離灰度曲線提取距離灰度矩陣； 步驟F:利用光電探測(cè)器測(cè)量半導(dǎo)體激光脈沖器輸出的激光脈形曲線，提取激光脈沖 能量矩陣； 步驟G:利用距離灰度矩陣和激光脈沖能量矩陣進(jìn)行反卷積運(yùn)算獲得選通脈沖增益矩 陣；以及 步驟H:根據(jù)選通脈沖增益矩陣畫(huà)出選通像增強(qiáng)器選通脈沖的光增益曲線，通過(guò)該增 益曲線確定待測(cè)選通像增強(qiáng)器的光學(xué)門寬。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述時(shí)域參數(shù)包括選通延時(shí)t、激光脈沖 全脈寬待測(cè)選通像增強(qiáng)器的電學(xué)門寬tg,ft和激光脈沖脈沖重復(fù)頻率 在所述光學(xué)門寬測(cè)量時(shí)序下，在所述面陣圖像傳感器（7) -幀的曝光時(shí)間里，包含M個(gè) 脈沖對(duì)，每個(gè)脈沖對(duì)內(nèi)含一個(gè)激光脈沖和一個(gè)選通脈沖，通過(guò)控制激光脈沖和選通脈沖間 的選通延時(shí)實(shí)現(xiàn)距離選通成像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于： 所述選通延時(shí)T滿足：T> 1^; 激光脈沖的全脈寬\滿足：ttg,ft; 圖像傳感器一幀的曝光時(shí)間里脈沖對(duì)的數(shù)量M滿足:M=tef^，其中，為圖像傳感器 一幀曝光時(shí)間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，對(duì)于擴(kuò)展目標(biāo)靶（4): At.p 步進(jìn)步長(zhǎng)滿足= 其中，At為光學(xué)門寬測(cè)量精度，c為光速； 需要移動(dòng)的距離區(qū)間為：[(T-tJc/2,（T+tg,電）C/2]，其中，T、tjPtg,電分別為選通 延時(shí)、激光脈沖全脈寬、待測(cè)選通像增強(qiáng)器的電學(xué)門寬。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟E中，提取距離灰度矩陣包括： 提取該圖像序列中相同位置感興趣區(qū)域像素的平均灰度值，畫(huà)出距離灰度曲線，該曲線形 狀為梯形包絡(luò)，選取該梯形包絡(luò)對(duì)應(yīng)的k個(gè)灰度值形成kX1灰度值矩陣[I況），I(R2)， I(R2)，…I(氏），…I(Rk) ]T，其中，I況）對(duì)應(yīng)于梯形包絡(luò)起始位置的0點(diǎn)灰度值，I取）對(duì) 應(yīng)于梯形包絡(luò)第i個(gè)位置的灰度值，I(Rk)對(duì)應(yīng)于梯形包絡(luò)結(jié)束位置的〇點(diǎn)灰度值，〇點(diǎn)灰 度值為用戶選取的灰度閾值，k為擴(kuò)展目標(biāo)靶在需要移動(dòng)的距離區(qū)間移動(dòng)位置的數(shù)目。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟F中提取激光脈沖能量曲線包 括： 通過(guò)光電探測(cè)器測(cè)量半導(dǎo)體激光脈沖器的激光脈形曲線； 對(duì)該脈形曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合處理后獲得激光脈沖函數(shù)P(t); 由激光脈沖函數(shù)P(t)按照At的時(shí)間分辨率提取激光能量值，形成kXk激光脈沖能 量矩陣：
上述激光脈沖能量矩陣中，矩陣元素Pi由下式獲得：Pi=P(U_ (i-1)At)，k為激光脈 寬，At由擴(kuò)展目標(biāo)靶步進(jìn)步長(zhǎng)AR決定，其大小為
.c為光速。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟G中，對(duì)于選通脈沖增益矩陣
對(duì)于該選通脈沖增益矩陣中的每一個(gè)元素g(ti)，滿足：
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟G中，待測(cè)選通像增強(qiáng)器的光學(xué) 門寬為：光增益曲線中光增益為峰值高度一半的前后兩點(diǎn)之間的時(shí)間長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】G01M11/00GK104483097SQ201410643209
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】王新偉, 周燕, 李友福 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所