CN104049257A - 一种多相机空间目标激光立体成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多相机空间目标激光立体成像装置及方法。一种多相机空间目标激光立体成像方法，该方法至少包括如下步骤：第1步，第一相机成像；第2步，第二相机成像；第3步，依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量；第4步，依据每个成像点的相对距离量给出三维立体像。采用本发明所给出的装置及方法，利用CCD和激光脉冲即可以实现对空间物体三维影像的记录，特别是方便实现对远距离对象的三维影像的记录。

Description

一种多相机空间目标激光立体成像装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用激光对空间目标进行成像技术，特别是一种多相机空间目标激光立体成像装置及方法。

背景技术

众所周知，空间目标是呈三维分布的，其在空间的分布需要三个坐标参量进行描述。通常多采用三维直角坐标系对其进行描述。通常的照相机或摄像机对目标物成像时，只能得到其在照相底板上的平面投影，反映的是目标物在与底板平面平行的方向上的坐标变化，只包含了两个坐标参量的变化信息。无法反映目标与底板垂直方向上的坐标参量的变化，也就是说，所获得的影像丢失了目标物在一个方向上的坐标信息，这个坐标信息为目标物在相机底板上各个像素点的距离信息，通常称目标物的距离像。为了弥补传统摄影器材的这个缺点，人们发明了采用两个相机对同一对象从不同角度进行照相的立体成像技术，通过计算获得目标物的距离像，弥补了单个相机成像的缺陷。但是这种立体成像技术对于远距离的目标却很不实用。这种情况下，为了让相机取得比较好的立体成像效果，往往需要将两个相机分开很大的距离，这在很多情况下是难以实现的。所以对远距离目标物的三维像的获取，尚未得到很好解决。同时，双相机立体成像系统还有一个明显的缺点，就是在判断两个相机对应像素点的时候存在很大误差，导致了对距离计算时产生很大误差。

自从激光技术发明以来，人们已经掌握了利用激光脉冲进行空间测距的技术，特别是，目前利用脉冲激光器的测距范围已经达到10公里以上，人们由此看到了解决问题的曙光。激光脉冲进行测距的基本原理是，由激光器发射一个激光脉冲，射向目标物，激光脉冲离开发射器时开始计时。当激光脉冲到达目标，由于目标的反射和散射，一部分激光信号返回，返回信号经过一段时间的空间传播后，到达测距机的探测器，探测器收到返回信号后立刻停止计时。假定这期间计时器所记录的时间为t，则目标物到测距机的距离S可以计算如下：

S＝0.5Ct   (1)

其中C表示光在空气中的速度。

这种测距技术所带来的误差，通常用脉冲的宽度来估算，假定激光脉冲的半宽度为τ，则距离误差估算如下:

σ＝Cτ   (2)

目前这种测距技术所采用的探测器的接收元件通常为光电二极管或雪崩光电二极管。

这种测距技术的缺点是只能测量目标物到测距机的平均距离，不能给出目标物的图像以及图像上各个像素点的距离分布信息。

为了在激光测距中，能够对目标成像，人们提出了利用光电二极管或雪崩光电二极管构成阵列进行探测的方案。也就是将光电二极管或雪崩光电二极管排列成二维阵列或一维阵列，通过成像镜头将目标成像于该阵列，阵列中每个单管对应一个像素。分别记录激光脉冲发出以后，每个单管接收到返回信号的时间t₁,t₂,......,t_n,则利用公式便可以计算每个单管所对应的目标物上相应点的距离，见公式(3)。于是便可以得到目标的距离像。

$\left\{\begin{array}{c}{s}_1={\mathrm{Ct}}_1\\ s_2={\mathrm{Ct}}_2\\ \·\·\·\·\·\·\·\·\\ s_n={\mathrm{Ct}}_n\end{array}\right.---\left(3\right)$

每点距离值的误差均由公式(2)估算。

目前无论是光电二极管阵列还是雪崩光电二极管阵列，其分辨率均比较低，而且体积大结构复杂，且成本偏高。

发明内容

本发明的目的是提供一种既适用于近距离的目标成像，也适用于中远距离目标的成像的多相机空间目标激光立体成像装置及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的，一种多相机空间目标激光立体成像方法，其特征是：至少包括如下步骤：

第1步，第一相机成像，第一快门打开后，发射激光脉冲，目标散射或反射回来的光脉冲A、B、C、D完全通过后，然后再关闭第一快门，这时第一CCD探测器各像素点曝光后所获得的图像灰度矩阵I₀表示；

第2步，第二相机成像，第二快门打开后，接受返回的激光脉冲信号，当返回的光脉冲信号A、B、C、D尚未完全通过第二快门时，即关闭第二快门，从时间域来看，这时应确保，对每个像素点，均只探测到了目标物散射或反射回来的光信号的一部分，这时第二CCD探测器各像素点曝光后所获得的灰度用矩阵I₁表示；

第3步，依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量；

第4步，依据每个成像点的相对距离量给出三维立体像。

所述的第3步依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量包括：

第3.1步，根据光脉冲强度的时域分布函数F(t)，计算一个距离查询表；

$H\left(t\right)=\frac{{\∫}_0^{t}F\left(t\right)\mathrm{dt}}{{\∫}_0^{\∞}F\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

其中分母项表示对整个脉冲进行积分，分子表示对脉冲的一部分积分；由同一列的曝光量H值计算中所取t值决定，其数值由公式(5)进行计算；

S(t)＝0.5Ct       (5)

其中C是光在空气中的传播速度，该距离是一个相对数据，正方向由目标物指向摄像器材，零点可以取为目标中心到摄像器材的距离处；

第3.2步，通过对(4)式和(5)式的离散化计算，获得所需要的距离查询表；

第3.3步，假定第一分光镜的透射系数是β；系统对目标进行拍摄后，第一块CCD探测器各像素点曝光后所获得的图像灰度值矩阵为I₀；第二块CCD探测器各像素点所获得的图像灰度值矩阵为I₁；每个像素点的相对曝光量h值，利用图像I₁中像素点的灰度值和图像I₀中对应点的灰度值计算如下：

$h=\frac{{\mathrm{\βI}}_1}{(1-\mathrm{\β})I_0}---\left(6\right)$

利用h值，通过查询表，可以获得对应像素点的相对距离量。

成像方法在成像过程中，所有快门的打开时刻采用光脉冲发射同步脉冲进行，第一相机第一快门的延续时间根据所设计相机的最远作用距离，结合光的传播速度来确定；快门持续时间Δt1按如下计算公式：

Δt1＝2S₀/C       (7)

其中S₀是最远作用距离，C是光传播速度；

第二相机的第二快门持续时间Δt2，由公式(8)确定；

2S/C-τ<Δt2<2S/C+τ      (8)

式中S是实际距离，τ是光脉冲持续时间；

第三相机的第三快门持续时间Δt3，由公式(12)确定；

2S/C<Δt3<2S/C+2τ      (12)

式中S是实际距离，τ是光脉冲持续时间；S可由相机附带测距装置测定。

一种多相机空间目标激光立体成像装置，包括脉冲固体激光器、光电探测器、反射镜、光发射窗口、第一CCD探测器、第一快门；第一块分光镜、第一块滤波片、第二快门、第二CCD探测器、第一成像镜头；工作时，脉冲固体激光器发射激光脉冲，穿过反射镜的中心洞口，通过光发射窗口处理以后，射向目标物，一部分光信号经目标物反射或散射后返回，通过第一成像镜头进入相机，穿过第一块滤波片、经过第一块分光镜分成两路光，其中一路光透过第一块分光镜，经过第一快门以后成像于第一CCD探测器；另一路光被第一块分光镜反射经过第二快门以后成像于第二CCD探测器；同时，还有一部分反射回来的脉冲信号会经过光发射窗口和反射镜进入光电探测器。

本发明的有益效果是，采用本发明所给出的方法，利用CCD和激光脉冲即可以实现对空间物体三维影像的记录，特别是方便实现对远距离对象的三维影像的记录。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的原理图,也是第一个实施例的构造图；

图2是本发明第一块成像CCD的快门打开状态和返回的光脉冲间的时间关系；

图3是本发明第二块成像CCD快门打开状态和返回的光脉冲间的时间关系；

图4是本发明的第二个实施例的构造图；

图5是本发明第二个实施例中第二块和第三块成像CCD快门打开状态和返回的光脉冲间的时间关系；

图6是本发明的第三个实施例的构造图；

图中，1、脉冲固体激光器；2、光电探测器(可含滤波片)；3、反射镜；4、光发射窗口；5、第一CCD探测器；6、第一快门(可以是CCD中电路实现的电子快门)；7、第一块分光镜；8、第一块滤波片；9、第二快门；10、第二CCD探测器；11、第一成像镜头；12、第二块分光镜；13、第三快门；14、第三CCD探测器；15、第二块滤波片；16、第二个成像镜头。

具体实施方式

实施例1

一种多相机空间目标激光立体成像方法，至少包括如下步骤：

第1步，第一相机成像，如图2所示，第一快门打开后，发射激光脉冲，目标散射或反射回来的光脉冲A、B、C、D完全通过后，然后再关闭第一快门，这时第一CCD探测器各像素点曝光后所获得的图像灰度矩阵I₀表示；

第2步，第二相机成像，如图3所示，第二快门打开后，接受返回的激光脉冲信号，当返回的光脉冲信号A、B、C、D尚未完全通过第二快门时，即关闭第二快门，从时间域来看，这时应确保，对每个像素点，均只探测到了目标物散射或反射回来的光信号的一部分，这时第二CCD探测器各像素点曝光后所获得的灰度用矩阵I₁表示；

第3步，依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量；

第4步，依据每个成像点的相对距离量给出三维立体像。

所述的第3步依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量包括：

第3.1步，根据光脉冲强度的时域分布函数F(t)，计算一个距离查询表；其格式见表1；表1中第1行数据为相对曝光量H值，按由小到大的次序排列；相对曝光量H(t)计算方法见公式(4)；

$H\left(t\right)=\frac{{\&Integral;}_0^{t}F\left(t\right)\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_0^{\&infin;}F\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

其中分母项表示对整个脉冲进行积分，分子表示对脉冲的一部分积分；

表1中的第2行为S项，其数据为距离值，由同一列的曝光量H值计算中所取t值决定，其数值由公式(5)进行计算。

S(t)＝0.5Ct   (5)

其中C是光在空气中的传播速度。该距离是一个相对数据，正方向由目标物指向摄像器材，零点可以取为目标中心到摄像器材的距离处。

第3.2步，通过对(4)式和(5)式的离散化计算，获得所需要的距离查询表，表项的项数多少由距离测量的范围和精度要求和决定。

表1距离查询表格式

H	H1	H2	H3	......	Hn
						S	S1	S2	S3	......	Sn

第3.3步，假定第一分光镜的透射系数是β；系统对目标进行拍摄后，第一块CCD探测器各像素点曝光后所获得的图像灰度值矩阵为I₀；第二块CCD探测器各像素点所获得的图像灰度值矩阵为I₁；每个像素点的相对曝光量h值，利用图像I₁中像素点的灰度值和图像I₀中对应点的灰度值计算如下：

$h=\frac{{\mathrm{\&beta;I}}_1}{(1-\mathrm{\&beta;})I_0}---\left(6\right)$

利用h值，通过查询表1，可以获得对应像素点的相对距离量。

本发明在两相机成像中，快门的控制至关重要，快门的打开时刻采用光脉冲发射同步脉冲进行，第一快门的延续时间根据所设计相机的最远作用距离，结合光的传播速度来确定。快门持续时间Δt1按如下计算公式：

Δt1＝2S₀/C   (7)

其中S₀是最远作用距离，C是光传播速度。

第二快门持续时间Δt2，由公式(8)确定。

2S/C-τ<Δt2<2S/C+τ   (8)

式中S是实际距离，τ是光脉冲持续时间。实际距离通过测距装置获取。

所用到的滤波片，用来排除杂散光的干扰，根据所选用激光器的波长选择，应对选用激光波长的光具有高透过率，而对其他波长的光只有很低的透过率。

成像镜头应根据成像的距离、范围和清晰度的要求来选择。

为了实现一种多相机空间目标激光立体成像方法，提供一种多相机空间目标激光立体成像装置，如图1所示，包括脉冲固体激光器1、光电探测器(可含滤波片)2、反射镜3、光发射窗口4、第一CCD探测器5、第一快门6(可以是CCD中电路实现的电子快门)；第一分光镜7、第一块滤波片8、第二快门9、第二CCD探测器10、第一成像镜头11。

工作时，脉冲固体激光器1发射激光脉冲，穿过反射镜3的中心洞口，通过光发射窗口4处理以后，射向目标物，一部分光信号经目标物反射或散射后返回，通过第一成像镜头11进入相机，穿过第一块滤波片8、经过第一分光镜7分成两路光，其中一路光透过第一分光镜7，经过第一快门6以后成像于第一CCD探测器5；另一路光被第一分光镜7反射经过第二快门9以后成像于第二CCD探测器10；同时，还有一部分反射回来的脉冲信号会经过光发射窗口和反射镜进入光电探测器2。

实施例2下面给出实施例2的步骤：

一种多相机空间目标激光立体成像方法，至少包括如下步骤：

第1步，第一相机成像，如图2所示，第一快门打开后，向目标发射光脉冲，待目标散射或反射回来的光脉冲A、B、C、D完全通过后，再关闭快门，这时第一CCD探测器各像素点曝光后所获得的灰度矩阵I₀表示。

第2.1步，如图5所示，在第1步向目标发射光脉冲的同时，第二相机成像，第二快门按T1打开和关闭，当返回的光脉冲信号A、B、C、D尚未完全通过快门时，即关闭快门T1；从时间域来看，这时应确保，对每个像素点，均只探测到了目标物散射或反射回来的光信号的一部分，这时第二CCD探测器二各像素点曝光后所获得的图像灰度矩阵用I₁表示，

第2.2第三相机成像，第三相机成像时，在第1步向目标发射光脉冲的同时，如图5所示，第三快门13按T2打开和关闭，T2大于T1，当返回的光脉冲信号A、B、C、D尚未完全通过快门时，即关闭第三快门T2；从时间域来看，这时应确保，对每个像素点，均只探测到了目标物散射或反射回来的光信号的一部分，这时第三CCD探测器各像素点曝光后所获得的图像灰度矩阵用I₂表示；

第3步，依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机、第三相机获取的图像矩阵I₀,I₁,I₂进行处理，获取每个成像点的相对距离量；

第4步，依据每个成像点的相对距离量给出三维立体像；

所述的第3步依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第2、3个相机获取的图像矩阵I₀,I₁,I₂进行处理，获取每个成像点的相对距离量包括：

第3.1步，根据光脉冲强度的时域分布函数F(t)，计算一个距离查询表；其格式见表1；表1中第1行数据为相对曝光量H值，按由小到大的次序排列；相对曝光量H(t)计算方法见公式(4)；

$H\left(t\right)=\frac{{\&Integral;}_0^{t}F\left(t\right)\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_0^{\&infin;}F\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

其中分母项表示对整个脉冲进行积分，分子表示对脉冲的一部分积分；

表1中的第2行为S项，其数据为距离值，由同一列的曝光量H值计算中所取t值决定，其数值由公式(5)进行计算。

S(t)＝0.5Ct   (5)

其中C是光在空气中的传播速度。该距离是一个相对数据，正方向由目标物指向摄像器材，零点可以取为目标中心到摄像器材的距离处。

第3.2步，通过对(4)式和(5)式的离散化计算，获得所需要的距离查询表(见表1)，表项的项数多少由距离测量的范围和精度要求和决定。

第3.3步，用图像矩阵I₁,I₂，I₀中对应像素点曝光量的数据，得到一组数值h₁,h₂；h₁,h₂的获取方法见公式(9)和公式(10)

$h_1=\frac{{\mathrm{\&beta;I}}_1}{(1-\mathrm{\&beta;}){(1-\mathrm{\&gamma;})I}_0}---\left(9\right)$

$h_2=\frac{{\mathrm{\&beta;I}}_2}{(1-\mathrm{\&beta;}){\mathrm{\&gamma;I}}_0}---\left(10\right)$

这里分光镜的透射系数是β，分光镜二的透射系数是γ。

第3.4步,对每一个物点所对应的h₁,h₂值，选择其中明显不为1也不为0的值，假定其值为h_j,用h_j值去查询距离查询表1，找到表中最接近的表项H值H_j,查到它所对应的S值S_j；若j＝1,利用S₁即为该点的相对距离量；若j＝2，采用公式(11)所给的算法，获取该像素点的相对距离量

S＝S₂+0.5Ct₁   (11)

其中，t₁表示第三快门时延T2和第二快门时延T1的差，对所有的像素点进行类似处理后，即可得到了目标的三维立体图像。

成像过程中，所有快门的打开时刻采用光脉冲发射同步脉冲进行，第一相机第一快门的延续时间根据所设计相机的最远作用距离，结合光的传播速度来确定。快门持续时间Δt1按如下计算公式：

Δt1＝2S₀/C   (7)

其中S₀是最远作用距离，C是光传播速度。

第二相机的第二快门持续时间Δt2，由公式(8)确定。

2S/C-τ<Δt2<2S/C+τ   (8)

式中S是实际距离，τ是光脉冲持续时间。

第三相机的第三快门持续时间Δt3，由公式(12)确定。

2S/C<Δt3<2S/C+2τ   (12)

式中S是实际距离，τ是光脉冲持续时间。S可由相机附带测距装置测定。

本发明的第2个实施例，与第1个实施例的不同之处在于，采用了三块CCD探测器以拓宽距离的测量范围，工作过程和原理与实例1基本相同。本实例意在说明，为了实现发明的目标，可以在同一个镜头下采用多块CCD探测器进行摄像。

同样为了实现第2个实施例，提供一种多相机空间目标激光立体成像装置，如图4所示，其典型结构包括脉冲固体激光器1；光电探测器(可含滤波片)2；反射镜3；光发射窗口4；第一CCD探测器5；第一快门6(可以是CCD中电路实现的电子快门)；第一分光镜7；第一滤波片8；第二快门9；第二CCD探测器10；第一成像镜头11；第二分光镜12；第三快门三13；第三CCD探测器14。

工作时，脉冲固体激光器1发射激光脉冲，穿过反射镜3的中心洞口，通过光发射窗口4处理以后，射向目标物，一部分光信号经目标物反射或散射后返回，通过第一成像镜头11进入相机，穿过第一滤波片8、经过分光镜分成两路光，其中一路光透过第一分光镜7，经过第一快门6以后成像于第一CCD探测器5；另一路光被分光镜反射至第二分光镜12，再分成两路，反射光经过第二快门9以后成像第二于CCD探测器10；同时，透射光经过第三快门13以后进入第三CCD探测器14。

实施例3

下面给出实施例3的步骤：

一种多相机空间目标激光立体成像方法，至少包括如下步骤：

第1步，第一相机成像，如图2所示，第一快门打开后，发射激光脉冲，由第一成像镜头收集目标散射或反射回来的光脉冲，第一快门应确保各像素点所接收的散射或反射回来的光脉冲信号A、B、C、D完全通过后，再关闭第一快门，这时CCD探测器各像素点曝光后所获得的图像灰度矩阵I₀表示；

第2步，第二相机成像，如图3所示，第二快门打开后，由第二成像镜头16收集目标散射或反射回来的光脉冲，当各像素点返回的光脉冲信号A、B、C、D尚未完全通过快门时，即关闭第二快门，从时间域来看，这时应确保，对每个像素点，均只探测到了目标物散射或反射回来的光信号的一部分，这时第二CCD探测器各像素点曝光后所获得的灰度用矩阵I₁表示；

第3步，依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量；

第4步，依据每个成像点的相对距离量给出三维立体像。

所述的第3步依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量包括：

第3.1步，根据光脉冲强度的时域分布函数F(t)，计算一个距离查询表；其格式见表1；表1中第1行数据为相对曝光量H值，按由小到大的次序排列；相对曝光量H(t)计算方法见公式(4)；

$H\left(t\right)=\frac{{\&Integral;}_0^{t}F\left(t\right)\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_0^{\&infin;}F\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

其中分母项表示对整个脉冲进行积分，分子表示对脉冲的一部分积分；

表1中的第2行为S项，其数据为距离值，由同一列的曝光量H值计算中所取t值决定，其数值由公式(5)进行计算。

S(t)＝0.5Ct   (5)

其中C是光在空气中的传播速度。该距离是一个相对数据，正方向由目标物指向摄像器材，零点可以取为目标中心到摄像器材的距离处。

第3.2步，通过对(4)式和(5)式的离散化计算，获得所需要的距离查询表见表1，表项的项数多少由距离测量的范围和精度要求和决定。

第3.3步，用第二相机CCD各像素点曝光后所获得的图像灰度值矩阵I₁为除以第一相机CCD各像素点所获得的图像灰度值矩阵为I₀，获得每个像素点的相对曝光量h值，利用h值，通过查询表1，可以获得对应像素点的相对距离量。

在两相机成像中，两快门的打开时刻采用光脉冲发射同步脉冲进行，第一相机第一快门的延续时间根据所设计相机的最远作用距离，结合光的传播速度来确定。快门持续时间Δt1按如下计算公式：

Δt1＝2S₀/C   (7)

其中S₀是最远作用距离，C是光传播速度。

第二相机第二快门持续时间Δt2，由公式(8)确定。

2S/C-τ<Δt2<2S/C+τ   (8)

式中S是实际距离，τ是光脉冲持续时间。实际距离通过测距装置获取。

同样为了实现第3个实施例，提供一种多相机空间目标激光立体成像装置，如图6所示，其典型结构包括脉冲固体激光器1；光电探测器(可含滤波片)2；反射镜3；光发射窗口4；第一CCD探测器5；第一快门(可以是CCD中电路实现的电子快门)6；第一块滤波片8；第二快门9；第二CCD探测器10；第一成像镜头11，第二块滤波片15；第二个成像镜头16。

这个系统实际上由两个光学系统独立的完全相同的CCD相机构成。

工作时，脉冲固体激光器1发射激光脉冲，穿过反射镜3的中心洞口，通过光发射窗口4处理以后，射向目标物，一部分光信号经目标物反射或散射后返回，通过第一成像镜头11进入第一个相机，穿过第一块滤波片8、经过第一快门6以后成像于第一CCD探测器5；一部分返回光信号通过第二成像镜头16进入第二个相机，经过第二快门9以后成像于第二CCD探测器10；同时，还有一部分反射回来的脉冲信号会经过光发射窗口和反射镜进入光电探测器2。

本发明的第3个实施例，与实施例1的不同之处在于，每个CCD具有独立的光学系统，工作过程和原理与实例1基本相同，本实例意在说明，为了实现发明的目标，可以采用多块CCD光学系统相互独立的CCD相机进行摄像。

Claims (4)

1.一种多相机空间目标激光立体成像方法，其特征是：至少包括如下步骤：

第1步，第一相机成像，第一快门打开后，发射激光脉冲，目标散射或反射回来的光脉冲A、B、C、D完全通过后，然后再关闭第一快门，这时第一CCD探测器各像素点曝光后所获得的图像灰度矩阵I₀表示；

第2步，第二相机成像，第二快门打开后，接受返回的激光脉冲信号，当返回的光脉冲信号A、B、C、D尚未完全通过第二快门时，即关闭第二快门，从时间域来看，这时应确保，对每个像素点，均只探测到了目标物散射或反射回来的光信号的一部分，这时第二CCD探测器各像素点曝光后所获得的灰度用矩阵I₁表示；

第3步，依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量；

第4步，依据每个成像点的相对距离量给出三维立体像。

2.根据权利要求1所述的一种多相机空间目标激光立体成像方法，其特征是：所述的第3步依据光脉冲的时域分布函数F(t)，对第一相机获取的图像矩阵I₀和第二相机获取的图像矩阵I₁进行处理，获取每个成像点的相对距离量包括：

第3.1步，根据光脉冲强度的时域分布函数F(t)，计算一个距离查询表；

$H\left(t\right)=\frac{{\&Integral;}_0^{t}F\left(t\right)\mathrm{dt}}{{\&Integral;}_0^{\&infin;}F\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

其中分母项表示对整个脉冲进行积分，分子表示对脉冲的一部分积分；由同一列的曝光量H值计算中所取t值决定，其数值由公式(5)进行计算；

S(t)＝0.5Ct   (5)

其中C是光在空气中的传播速度，该距离是一个相对数据，正方向由目标物指向摄像器材，零点可以取为目标中心到摄像器材的距离处；

第3.2步，通过对(4)式和(5)式的离散化计算，获得所需要的距离查询表；

第3.3步，假定第一分光镜的透射系数是β；系统对目标进行拍摄后，第一块CCD探测器各像素点曝光后所获得的图像灰度值矩阵为I₀；第二块CCD探测器各像素点所获得的图像灰度值矩阵为I₁；每个像素点的相对曝光量h值，利用图像I₁中像素点的灰度值和图像I₀中对应点的灰度值计算如下：

$h=\frac{{\mathrm{\&beta;I}}_1}{(1-\mathrm{\&beta;})I_0}---\left(6\right)$

利用h值，通过查询表，可以获得对应像素点的相对距离量。

3.根据权利要求1所述的一种多相机空间目标激光立体成像方法，其特征是：该成像方法在成像过程中，所有快门的打开时刻采用光脉冲发射同步脉冲进行，第一相机第一快门的延续时间根据所设计相机的最远作用距离，结合光的传播速度来确定；快门持续时间Δt1按如下计算公式：

Δt1＝2S₀/C   (7)

其中S₀是最远作用距离，C是光传播速度；

第二相机的第二快门持续时间Δt2，由公式(8)确定；

2S/C-τ<Δt2<2S/C+τ   (8)

式中S是实际距离，τ是光脉冲持续时间；

第三相机的第三快门持续时间Δt3，由公式(12)确定；

2S/C<Δt3<2S/C+2τ   (12)

式中S是实际距离，τ是光脉冲持续时间；S可由相机附带测距装置测定。

4.一种多相机空间目标激光立体成像装置，其特征是：包括脉冲固体激光器、光电探测器、反射镜、光发射窗口、第一CCD探测器、第一快门；第一块分光镜、第一块滤波片、第二快门、第二CCD探测器、第一成像镜头；工作时，脉冲固体激光器发射激光脉冲，穿过反射镜的中心洞口，通过光发射窗口处理以后，射向目标物，一部分光信号经目标物反射或散射后返回，通过第一成像镜头进入相机，穿过第一块滤波片、经过第一块分光镜分成两路光，其中一路光透过第一块分光镜，经过第一快门以后成像于第一CCD探测器；另一路光被第一块分光镜反射经过第二快门以后成像于第二CCD探测器；同时，还有一部分反射回来的脉冲信号会经过光发射窗口和反射镜进入光电探测器。