本發(fā)明屬于激光成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大視角距離選通激光成像的橫向掃描合成方法，特別是指一種利用小視角的距離選通激光合成大視角選通圖像的方法。

背景技術(shù)：

大面陣激光距離選通技術(shù)，是利用脈沖激光器和大面陣CMOS選通成像器，以激光反射回來的時(shí)間先后順序區(qū)分不同距離上的散射光和目標(biāo)反射光，使得目標(biāo)的反射光剛好在成像器的選通時(shí)間內(nèi)到達(dá)成像器并由大面陣CMOS進(jìn)行采集成像。

具體成像方法如附圖1-2所示。

首先，由控制器指令激光器向目標(biāo)方向發(fā)射出高能量的短脈沖，激光脈沖在行進(jìn)的過程中遇到顆粒或障礙物時(shí)會(huì)向后反射，只是在目標(biāo)物體反射的激光回波到達(dá)成像器之前，控制系統(tǒng)把選通門關(guān)閉，此時(shí)激光回波不會(huì)在大面陣CMOS選通成像器上進(jìn)行成像，只有照射到目標(biāo)物體的激光回波到達(dá)成像器時(shí)，控制系統(tǒng)才打開選通門，接收來自目標(biāo)物體的激光反射光，在大面陣CMOS成像器上進(jìn)行成像。在這一過程中，需要通過設(shè)置選通門的開關(guān)時(shí)間以濾除激光回波到達(dá)成像器之前的雜波干擾。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中距離選通激光成像的橫向掃描裝置或方法，由于激光發(fā)射功率的限制，在較遠(yuǎn)的距離上只能獲得小視角的圖像。因此在同一橫向區(qū)域面上只能通過人工設(shè)置不同的激光發(fā)射角，對(duì)同一橫向區(qū)域面上不同的目標(biāo)物體進(jìn)行獨(dú)立成像時(shí)，故用戶無法在極短時(shí)間清晰觀察同一橫向區(qū)域面上的所有目標(biāo)。

因此需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的距離選通激光成像的橫向掃描技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以優(yōu)化同一橫向區(qū)域面上所有目標(biāo)成像的自動(dòng)化程度、清晰度以及快捷程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種大視角距離選通激光成像的橫向掃描合成方法，利用小視角的距離選通激光合成大視角選通圖像。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種大視角距離選通激光成像的橫向掃描合成方法，用于距離選通激光成像橫向掃描合成系統(tǒng)，通過智能機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)快速連續(xù)改變脈沖激光器的發(fā)射偏轉(zhuǎn)角，進(jìn)而通過選通成像器獲取一系列激光選通圖像，并由所述選通成像器的處理芯片將該一系列激光選通圖像同步處理合成為一張大視角的合成圖像。

所述距離選通激光成像橫向掃描合成系統(tǒng)主要包括脈沖激光器、選通成像器、選通門和控制器。

進(jìn)一步地，該選通成像器包含有面陣CCD、像增強(qiáng)器和處理芯片。

所述智能機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、輸出驅(qū)動(dòng)芯片和傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。該智能機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠接受脈沖激光器發(fā)送過來的橫向掃描角度，從而快速連續(xù)改變脈沖激光器的發(fā)射偏轉(zhuǎn)角。

上述大視角距離選通激光成像的橫向掃描合成方法具體實(shí)施步驟詳述如下。

步驟一，根據(jù)距離d設(shè)定脈沖激光發(fā)射的視場(chǎng)角為γ，同時(shí)將脈沖激光發(fā)射的初始偏轉(zhuǎn)角設(shè)定為α，由控制器控制脈沖激光器發(fā)射脈沖激光，通過選通成像器獲取第一幀圖像AB。

步驟二，當(dāng)步驟一完成后，智能機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在初始偏轉(zhuǎn)角α的基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)脈沖激光器偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度ω，再次啟動(dòng)脈沖激光器發(fā)射脈沖激光，然后通過選通成像器獲取第二幀圖像CD。

步驟三，重復(fù)上述步驟二，按預(yù)定方向進(jìn)行掃描，直到偏轉(zhuǎn)角變成最終偏轉(zhuǎn)角-α。

步驟四，通過選通成像器的處理芯片對(duì)步驟一至步驟三獲取到的一系列圖像進(jìn)行處理，最終形成一幅完整的目標(biāo)圖像AE。

所述角度ω的取值能夠使得第二幀圖像CD與第一幀圖像AB具有一定面積的區(qū)域重合。

前述每一步驟中獲取的圖像均采用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，或采用固態(tài)硬盤進(jìn)行存儲(chǔ)。

選通成像器的處理芯片對(duì)圖像的處理，與前述各步驟同步進(jìn)行。

所述圖像處理，包括消除圖像的畸變、消除多余噪聲、增強(qiáng)圖像的對(duì)比度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是，

1、采用智能控制，由程序自動(dòng)控制脈沖激光的偏轉(zhuǎn)角；

2、采用圖像重合拼接技術(shù)，消除成像盲區(qū)；

3、在成像的過程中，同步對(duì)圖像進(jìn)行合成，能夠在最短時(shí)間內(nèi)得到一幅同時(shí)顯示同一平面區(qū)域中的全部目標(biāo)物體圖像。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中距離選通激光成像的橫向掃描合成系統(tǒng)及工作原理示意圖之一；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中距離選通激光成像的橫向掃描合成系統(tǒng)及工作原理示意圖之二；

圖3是本發(fā)明的大視角距離選通激光成像的橫向掃描合成方法的工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為了本發(fā)明能夠被更好的理解和實(shí)施，以下將結(jié)合附圖3對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

本發(fā)明的大視角距離選通激光成像系統(tǒng)包含了附圖1、2所示的基本部件。圖3中僅簡(jiǎn)略示出了激光器。

本發(fā)明的大視角距離選通激光成像的橫向掃描合成方法，用于距離選通激光成像橫向掃描合成系統(tǒng)，通過智能機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)快速連續(xù)改變脈沖激光器的發(fā)射偏轉(zhuǎn)角，進(jìn)而通過選通成像器獲取一系列激光選通圖像，并由所述選通成像器的處理芯片將該一系列激光選通圖像同步處理合成為一張大視角的合成圖像。

所述距離選通激光成像橫向掃描合成系統(tǒng)主要包括脈沖激光器、選通成像器、選通門和控制器。該選通成像器包含有面陣CCD、像增強(qiáng)器和處理芯片。

所述智能機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、輸出驅(qū)動(dòng)芯片、步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)。該智能機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠接受脈沖激光器發(fā)送過來的橫向掃描角度，從而快速連續(xù)改變脈沖激光器的發(fā)射偏轉(zhuǎn)角。

如圖2所示，假定距離選通激光器要對(duì)距離為d的目標(biāo)進(jìn)行水平掃描成像。上述大視角距離選通激光成像的橫向掃描合成方法具體實(shí)施步驟詳述如下。

步驟一，根據(jù)距離d設(shè)定脈沖激光發(fā)射的視場(chǎng)角為γ，同時(shí)將脈沖激光發(fā)射的初始偏轉(zhuǎn)角設(shè)定為α。通過選通成像器獲取第一幀圖像AB。將該第一幀圖像AB的中心點(diǎn)標(biāo)記為m，該中心點(diǎn)m與目標(biāo)區(qū)域中心P相對(duì)于脈沖激光器位置O的夾角就是α。

激光發(fā)射功率一定的情況下，視場(chǎng)角越小，才能保證遠(yuǎn)距離反射回來的激光具有足夠的成像強(qiáng)度。因此，在本發(fā)明中，目標(biāo)距離距離越遠(yuǎn)，脈沖激光發(fā)射的視場(chǎng)角越小。

選通門的開閉時(shí)間取決于成像目標(biāo)的距離以及偏轉(zhuǎn)角的大小。

步驟二，當(dāng)步驟一完成后，智能機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在初始偏轉(zhuǎn)角α的基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)脈沖激光器偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度ω，此時(shí)的第二偏轉(zhuǎn)角為β，然后通過選通成像器獲取第二幀圖像CD，該第二幀圖像CD的中心點(diǎn)為n。所述角度ω的取值能夠使得第一幀圖像AB與第二幀圖像CD約有1/4的區(qū)域面積重合。重合區(qū)域的面積可以根據(jù)實(shí)際需要確定，不限于1/4的數(shù)值。

步驟三，重復(fù)上述步驟二，按預(yù)定方向進(jìn)行掃描，直到偏轉(zhuǎn)角變成最終偏轉(zhuǎn)角-α。

步驟四，通過選通成像器的處理芯片對(duì)步驟一至步驟三獲取到的一系列圖像進(jìn)行處理，最終形成一幅完整的目標(biāo)圖像AE。

每一步驟中獲取的圖像均采用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，更可以進(jìn)一步采用固態(tài)硬盤(SSD，Solid State Disk)進(jìn)行存儲(chǔ)。

選通成像器的處理芯片對(duì)圖像的處理，與前述各步驟同步進(jìn)行。即，在步驟二中獲取第二幀圖像CD時(shí)，處理芯片將第一幀圖像AB與第二幀圖像CD進(jìn)行處理，得到合成圖像。在執(zhí)行步驟三時(shí)，處理芯片又將新獲取的第三幀與前面已經(jīng)得到的合成圖像同步進(jìn)行合成，得到新的合成圖像。以此類推，直至橫向掃描結(jié)束。

前面提及的圖像處理，包括如消除圖像的畸變、消除多余噪聲、增強(qiáng)圖像的對(duì)比度等技術(shù)手段。

本發(fā)明中使用了圖像拼接技術(shù)，從第一幀圖像開始，首先與第二幀圖象進(jìn)行拼接，合成一幅較大尺寸的合成圖像，然后合成圖像再與第三幀進(jìn)行拼接，后續(xù)圖像依次進(jìn)行處理，直到最后獲得的第n幀選通圖像。

具體拼接方法描述如下：

如圖3所示，當(dāng)AB圖像與CD圖像進(jìn)行重疊區(qū)域匹配時(shí)，首先在AB圖像的右邊提取圖像特征點(diǎn)，在CD圖像的左右提取特征點(diǎn)，通過特征點(diǎn)匹配粗略的確定AB圖像與CD圖像的重疊區(qū)域。

假定粗略確定的重疊區(qū)域在水平方向上的尺寸為X,在垂直方向上的尺寸為Y。然后在AB圖像的右邊,在X尺寸范圍內(nèi)，相隔2個(gè)像素取n列數(shù)據(jù)，組成一個(gè)像素?cái)?shù)組Pixel_A[X/3,n]，作為一個(gè)模板；在CD圖像的左邊，以左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)定水平偏移量為x，垂直偏移量為y，初始時(shí)，x＝0,y＝0，在X尺寸范圍內(nèi)，以相同的間隔也取n列數(shù)據(jù)，組成一個(gè)像素?cái)?shù)組Pixel_B[X/3,n]，計(jì)算數(shù)組Pixel_A與數(shù)組Pixel_B的差值平方和，記為E₁；令x最大取值為20,y最大取值為20，每次在CD圖像按照同樣的取值方式，共組成400個(gè)不同的Pixel_B，分別與數(shù)組Pixel_A進(jìn)行比較，計(jì)算它們的差值平方和，得到E_i；取差值平方和最小的那組數(shù)據(jù)，記錄x，y。即可精確確定重疊區(qū)域的位置。

重疊區(qū)域的處理：

假定AB圖像與CD圖像的重疊區(qū)域?yàn)閄，則在X范圍內(nèi)，計(jì)算AB圖像中的每個(gè)像素?cái)?shù)值與CD圖像中相應(yīng)像素的平均值，以這個(gè)平均值作為新圖像的像素值。

以上僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施例的描述，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的簡(jiǎn)單替換和改動(dòng)，均應(yīng)落入本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。