CN104483097A

CN104483097A - 测量选通像增强器光学门宽的装置及方法

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Publication number: CN104483097A
Application number: CN201410643209.XA
Authority: CN
Inventors: 王新伟; 周燕; 李友福
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2034-11-10
Also published as: CN104483097B

Abstract

本发明提供了一种采用距离选通反卷积法测量选通像增强器光学门宽的装置及方法。该方法根据距离选通图像序列形成距离灰度矩阵，通过该距离灰度矩阵与激光脉冲能量矩阵进行离散反卷积运算可获得选通脉冲增益矩阵，从而基于该选通脉冲增益矩阵可获得选通脉冲的光增益曲线，最终测量获得选通像增强器的光学门宽。本发明具有成本低、适应性好、测量方式灵活的优点。

Description

测量选通像增强器光学门宽的装置及方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种采用距离选通反卷积法测量选通像增强器光学门宽的装置及方法。

背景技术

上世纪六十年代，美国陆军NVL夜视实验室提出了距离选通成像技术，该技术采用激光脉冲器作为照明光源，采用选通成像器件作为探测器，可以实现空间切片成像，并抑制大气等的后向散射，实现目标有效探测。但是，由于受到窄激光脉冲器和选通成像器件等关键器件发展的制约，在之后的几十年里研究进展缓慢。直到上世纪末本世纪初，随着硬件技术的不断成熟，该技术才被重新唤醒，并在夜视、海事监控、水下成像、生物医学成像、三维成像等应用领域得到迅速发展，特别是在二维距离选通成像技术基础上发展起来的距离选通三维成像技术。无论是距离选通的二维成像技术还是三维成像技术，选通成像器件的选通脉形的测量对于距离选通成像技术的应用至关重要。

在距离选通成像技术中，选通成像器件主要是配有选通像增强器的CCD和CMOS，即ICCD和ICMOS。选通像增强器具有快门的作用，在TTL电触发信号下，选通像增强器的微通道板开启，实现选通快门功能。选通像增强器开启的持续时间称为门宽，分为电学门宽和光学门宽。其中，电学门宽主要是指触发选通门开启的高压电脉冲信号的脉宽，该高压电脉冲信号正是在上述TTL电触发信号触发下由选通像增强器的高压模块产生，通常该高压电脉冲信号的脉宽与TTL电触发信号的脉宽大小一致，因此，往往将TTL电触发信号的脉宽作为选通像增强器的电学门宽；光学门宽主要是指选通像增强器在电触发信号触发下实际开启的持续曝光时间，通常测量选通脉冲的时域光脉形，以该脉形的半高宽作为光学门宽。随着选通像增强器的发展，近年来国外选通像增强器的光学门宽已达到皮秒级，而国内选通像增强器的光学门宽也已实现纳秒级。

目前测量选通像增强器光学门宽的方法主要是光电互相关测量法(Kan Wu et al.，Applied Optics，2009，Vol.48(18)，pp3337-3343)，采用飞秒激光脉冲器作为探测光源，照射选通像增强器，通过延时扫描的方式进行测量选通脉冲的光脉形，进而测量其选通脉宽。在该方法中，要求作为探测光源的激光脉冲器的脉宽应远小于待测选通像增强器光学门宽，从而可将激光脉冲器输出的激光脉冲作为理想的无限窄的取样脉冲，实现测量选通脉冲光脉形的目的。

但是，由于飞秒激光脉冲器价格昂贵，使得该方法具有较高的硬件成本，此外，目前该方法主要用于测量未与CCD或CMOS装配的选通像增强器的光学门宽，而ICCD和ICMOS中的选通像增强器往往通过耦合光锥与CCD或CMOS图像传感器硬件连接，导致光电互相关测量法无法有效测量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种采用距离选通反卷积法测量选通像增强器光学门宽的装置及方法，以降低测量的硬件成本，并实现对ICCD和ICMOS中的选通像增强器的测量。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种测量选通像增强器光学门宽的装置。该装置包括：激光脉冲器1；扩展反射靶4，朝向激光脉冲器1设置，其位置可在距离向前后移动，待测选通像增强器2朝向该扩展反射靶4设置；成像镜头5，设置于待测选通像增强器2的光路前端；光学耦合器6，设置于待测选通像增强器2的光路后端；面阵图像传感器7，电性连接至光学耦合器6；时序控制器3，电性连接至激光脉冲器1及待测选通像增强器2，用于产生第一时序控制信号和第二时序控制信号，其中，第一时序控制信号控制激光脉冲器输出的激光脉冲，第二时序控制信号控制待测选通像增强器产生的选通脉冲间的选通延时；以及数据处理与控制系统8，用于设置时序控制器3的时域参数，该时域参数与产生的第一时序控制信号和第二时序控制信号相关；并对面阵图像传感器7回传图像进行处理。其中，扩展目标靶4在距离向由近及远步进式改变位置，面阵图像传感器获取不同位置的扩展目标靶图像9，形成距离选通图像序列，数据处理与控制系统8根据该距离选通图像序列计算待测选通像增强器的光学门宽。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种测量选通像增强器光学门宽的方法。该方法利用上述的测量选通像增强器光学门宽的装置，包括：步骤A：通过数据处理与控制系统设置时序控制器的时域参数，由时序控制器依据该时域参数产生光学门宽测量工作时序；步骤B：按照待测选通像增强器光学门宽测量精度，计算获得扩展目标靶的步进步长ΔR及需要移动的距离区间；步骤C：按照需要移动的距离区间内，垂直于待测选通像增强器的光轴在距离向上由近及远以ΔR的步进步长移动扩展目标靶，在其中的每一个位置，由面阵图像传感器抓取N帧的距离选通图像，其中，N≥1；步骤D：数据处理与控制系统对N帧图像进行多帧平均处理后作为当前位置的扩展目标靶图像，不同距离上的扩展目标靶图像形成的距离选通图像序列；步骤E：对于距离选通图像序列，提取该图像序列中感兴趣区域像素的平均灰度值，画出距离灰度曲线，根据距离灰度曲线提取距离灰度矩阵；步骤F：利用光电探测器测量半导体激光脉冲器输出的激光脉形曲线，提取激光脉冲能量矩阵；步骤G：利用距离灰度矩阵和激光脉冲能量矩阵进行反卷积运算获得选通脉冲增益矩阵；以及步骤H：根据选通脉冲增益矩阵画出选通像增强器选通脉冲的光增益曲线，通过该增益曲线确定待测选通像增强器的光学门宽。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明采用距离选通反卷积法测量选通像增强器光学门宽的装置及方法具有以下有益效果：

(1)采用ns级半导体激光脉冲器替换传统方法中的价格昂贵的飞秒激光脉冲器作为光源，可以降低测量成本，拓展测量光源的选择范围，提高光源选择的灵活性；

(2)光学测量脉宽的精度由扩展目标靶步进的步长大小决定，可以通过距离向小步长步进移动扩展目标靶实现ns级甚至是ps级选通像增强器光学门宽测量；

(3)可以基于距离选通图像序列的感兴趣区域像素灰度值提取进行选通像增强器光学门宽测量，对于选通像增强器已集成装配的ICCD和ICMOS也可实现选通像增强器光学门宽的测量，提高了测量灵活性。

附图说明

图1为根据本发明实施例测量选通像增强器光学门宽的装置的结构示意图；

图2为图1所示测量选通像增强器光学门宽的装置中扩展反射靶4前后移动的示意图；

图3为图1所示测量选通像增强器光学门宽的装置中扩展反射靶4前后移动而得到的距离选通图像序列的示意图；

图4为根据本发明实施例测量选通像增强器光学门宽的方法的流程图；

图5为图4所示测量选通像增强器光学门宽方法的步骤E绘制的距离灰度曲线；

图6为图4所示测量选通像增强器光学门宽方法的步骤G中，利用距离灰度矩阵和激光脉冲能量矩阵进行反卷积运算获得选通脉冲增益矩阵的示意图；

图7A为理论仿真获得13×1距离灰度矩阵对应的距离灰度曲线；

图7B为经由本实施例方法获得的选通脉冲光增益曲线与选通脉冲光增益真实曲线的比较。

【主要元件符号说明】

1-半导体激光脉冲器； 2-选通像增强器；

3-时序控制器； 4-扩展目标靶；

5-成像镜头； 6-光学耦合器；

7-面阵图像传感器； 8-数据处理与控制系统；

9-扩展目标靶图像； 10-感兴趣区域像素。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

本发明提供了一种采用距离选通反卷积法测量选通像增强器光学门宽的装置及方法。该方法根据距离选通图像序列形成距离灰度矩阵，通过该距离灰度矩阵与激光脉冲能量矩阵进行离散反卷积运算可获得选通脉冲增益矩阵，从而基于该选通脉冲增益矩阵可获得选通脉冲的光增益曲线，最终测量获得选通像增强器的光学门宽。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种测量选通像增强器光学门宽的装置。图1为根据本发明实施例测量选通像增强器光学门宽的装置的结构示意图。如图1所示，本实施例测量选通像增强器光学门宽的装置包括：激光脉冲器1；扩展反射靶4，朝向激光脉冲器1设置，其位置可在距离向前后移动，待测选通像增强器2朝向该扩展反射靶4设置；成像镜头5，设置于待测选通像增强器2的光路前端；光学耦合器6，设置于待测选通像增强器2的光路后端；面阵图像传感器7，电性连接至光学耦合器6；时序控制器3，电性连接至所述激光脉冲器1及待测选通像增强器2，用于产生第一时序控制信号和第二时序控制信号，其中，第一时序控制信号控制激光脉冲器输出的激光脉冲，第二时序控制信号控制待测选通像增强器产生的选通脉冲间的选通延时；以及数据处理与控制系统8，用于设置时序控制器3的时域参数，该时域参数与产生的第一时序控制信号和第二时序控制信号相关；并根据距离选通图像序列计算待测选通像增强器的光学门宽，其中，该距离选通图像序列为由面阵图像传感器获取的不同位置上的扩展目标靶图像9。

以下对本实施例测量选通像增强器光学门宽的装置的各个组成部分进行详细说明。

激光脉冲器1为ns级半导体激光脉冲器。在时序控制器3的触发下，该激光脉冲器1可输出脉宽不大于待测选通像增强器电学门宽的窄激光脉冲。

扩展目标靶4为具有漫反射特性的白色平面板，其与待测选通像增强器2的光轴垂直，并且可在距离向上前后移动，其尺寸不小于待测选通像增强器的视场，从而所成距离选通图像序列中，目标均满视场，即仅是对目标靶的局部进行了成像。

光学耦合器6主要是将待测选通像增强器输出的信号耦合至图像传感器。若是ICCD或ICMOS，则待测选通像增强器已与图像传感器耦合集成，不需要添加光学耦合器；若是待测选通像增强器为独立器件，则需采用光学耦合透镜，将待测选通像增强器输出的光信号耦合至图像传感器。

面阵图像传感器7主要包括CCD和CMOS两种，可将选通像增强器输出的信号转换为图像，输出给数据处理与控制系统8。

数据处理与控制系统8除处理面阵图像传感器7回传图像外，还可设置时序控制器3的时域参数，控制时序控制器产生光学门宽测量工作时序，输出两路TTL电信号，触发激光脉冲器1和选通像增强器2工作。

时序控制器3依据数据处理与控制系统8下发的光学门宽测量工作时序，产生第一时序控制信号控制激光脉冲器输出的激光脉冲；产生第二时序控制信号控制待测选通像增强器产生的选通脉冲间的选通延时。

本实施例测量选通像增强器光学门宽的装置的工作过程如下：在时序控制器3所产生的第一时序控制信号的触发下，半导体激光脉冲器1输出脉宽不大于待测选通像增强器电学门宽的窄激光脉冲，对扩展目标靶4进行照明；待测选通像增强器2在第二时序控制信号触发下按照预设的选通延时开启工作，采集由扩展目标靶4反射回并由成像镜头5收集的光回波信号，该光回波信号由面阵图像传感器7转换为当前位置的扩展目标靶图像，并传输至数据处理与控制系统。通过距离向由近及远步进式改变扩展目标靶4的位置(如图2所示)，获取不同距离上的扩展目标靶图像9，形成距离选通图像序列(如图3所示)。

基于上述的装置，本发明还提供了一种测量选通像增强器光学门宽的方法，图4为根据本发明实施例测量选通像增强器光学门宽的方法的流程图。如图4所示，本实施例测量选通像增强器光学门宽的方法包括：

步骤A：通过数据处理与控制系统设置时序控制器的时域参数，由时序控制器依据该时域参数产生光学门宽测量工作时序；

时域控制参数包括选通延时τ、激光脉冲全脉宽t_L、待测选通像增强器的电学门宽t_g，电和激光脉冲脉冲重复频率。

由时序控制器产生的光学门宽测量工作时序，在该光学门宽测量工作时序下，面阵图像传感器7一帧的曝光时间里，包含M个脉冲对，每个脉冲对内含一个激光脉冲和一个选通脉冲，其中，激光脉冲的对应的控制信号为第一时序控制信号，选通脉冲对应的控制信号为第二时序控制信号，通过控制激光脉冲和选通脉冲间的选通延时实现距离选通成像，选通延时τ满足：

τ＞t_L (1)

其中，t_L为激光脉冲的全脉宽。

激光脉冲的全脉宽不大于选通脉冲的电学门宽，满足关系：

t_L≤t_g，电 (2)

其中，t_L为激光脉冲的全脉宽，t_g，电为选通像增强器选通脉冲的电学门宽。

图像传感器一帧的曝光时间里脉冲对的数量M为：

M＝t_ef_L (3)

其中，f_L为激光脉冲重复频率，t_e为图像传感器一帧曝光时间。用户可自由选定M值，并根据图像传感器的t_e值，由公式(3)选择设定激光脉冲重复频率。

步骤B：按照待测选通像增强器光学门宽测量精度，计算获得扩展目标靶4的步进步长ΔR及距离区间；

步进步长ΔR的大小则由测量者按照光学门宽测量精度设定，当光学门宽测量精度为Δt时，则步进步长满足：

Δr = \frac{Δt \cdot c}{2} - - - (4)

其中，c为光速。

扩展目标靶4需移动的距离区间为：[(τ-t_L)c/2，(τ+t_g，电)c/2]，其中，τ、t_L和t_g，电为步骤A中设定的选通延时、激光脉冲全脉宽、待测选通像增强器的电学门宽。

步骤C：按照需要移动的距离区间内，垂直于待测选通像增强器的光轴在距离向上由近及远以ΔR的步进步长移动扩展目标靶4，在其中的每一个位置(R₁、R₂、R₃、……、R_k)，由面阵图像传感器抓取N帧距离选通图像，N为自然数，将数据回传至数据处理与控制系统8；

在本发明优选地实施例中，N取大于3小于20的自然数。

步骤D：数据处理与控制系统8对N帧图像进行多帧平均处理后作为当前位置的扩展目标靶图像，不同距离上的扩展目标靶图像形成的距离选通图像序列；

步骤E：对于距离选通图像序列，提取该图像序列中感兴趣区域像素的平均灰度值，画出距离灰度曲线，根据距离灰度曲线提取距离灰度矩阵；

在步骤A时序控制器产生的光门宽测量工作时序下，激光脉冲和选通脉冲发生卷积，对具有梯形距离能量包络的空间切片进行选通成像，当扩展目标靶按照步骤C在距离向上由近及远步进式移动时，可对不同距离处的空间切片进行采样，形成距离选通图像序列。

距离灰度曲线用于选取灰度矩阵的起始点和结束点。因为选通像增强器的电学门宽往往大于光学门宽，所以获取的图像序列中存在冗余数据，通过灰度曲线可选取起始点和结束点，剔除冗余数据。

提取该图像序列中相同位置感兴趣区域像素10的平均灰度值，可画出距离灰度曲线(见图5)，该曲线形状为梯形包络，根据距离灰度曲线选取该梯形包络对应的k个灰度值形成k×1灰度值矩阵[I(R₁)，I(R₂)，I(R₂)，…I(R_i)，…I(R_k)]^T。其中，I(R_l)对应于梯形包络起始位置的0点灰度值，I(R_i)对应于梯形包络第i个位置的灰度值，I(R_k)对应于梯形包络结束位置的0点灰度值，0点灰度值为用户选取的灰度阈值。在提取距离灰度矩阵时，由于激光光斑光强分布不均匀，多为高斯分布，因此，可选取灰度值较高的像素或像素区作为感兴趣区域，从而对距离选通图像序列中相同位置感兴趣区域的像素进行灰度提取，形成距离灰度矩阵。

需要说明的是，0点灰度值是用户根据需要设定的。在该0点灰度值设定合理的情况下，在梯形包络起始位置和结束位置，灰度值均等于该0点灰度值。而在该起始位置和结束位置之间的位置，即I(R₂)～I(R_k-1)的灰度值一般大于该0点灰度值。

步骤F：利用光电探测器测量半导体激光脉冲器输出的激光脉形曲线，提取激光脉冲能量矩阵：

在图6中，反卷积运算中所用的激光脉冲能量矩阵可通过光电探测器测量半导体激光脉冲器的激光脉形曲线，并对该脉形曲线进行数据拟合处理后获得激光脉冲函数P(t)，进而由激光脉冲函数P(t)按照Δt的时间分辨率提取激光能量值，形成k×k激光脉冲能量矩阵：

[\begin{matrix} P_{1} & 0 & 0 & . . . & . . . & . . . & 0 \\ P_{2} & P_{1} & 0 & . . . & . . . & . . . & 0 \\ P_{3} & P_{2} & P_{1} & . . . & . . . & . . . & 0 \\ . & . & . & . & . & . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ P_{i} & P_{i - 1} & P_{i - 2} & . . . & P_{1} & . . . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ P_{k} & P_{k - 1} & P_{k - 2} & . . . & . . . & . . . & P_{1} \end{matrix}] - - - (5)

其中，矩阵元素P_i可由下式获得：

P_i＝P(t_L-(i-1)Δt) (6)

其中，t_L为激光脉宽，Δt由扩展目标靶步进步长ΔR决定，其大小为c为光速。

步骤G：利用步骤E中的距离灰度矩阵和步骤F中的激光脉冲能量矩阵进行反卷积运算获得选通脉冲增益矩阵；

图6中的选通脉冲增益矩阵反映了不同时刻选通像增强器的光增益，可由距离灰度矩阵和激光能量矩阵进行反卷积获得。对于由距离选通图像序列提取感兴趣区域像素灰度值形成的距离灰度矩阵与激光脉冲能量矩阵和选通脉冲增益矩阵存在以下关系：

[\begin{matrix} R_{1}^{2} I (R_{1}) \\ R_{2}^{2} I (R_{2}) \\ R_{3}^{2} I (R_{3}) \\ . \\ . \\ . \\ R_{i}^{2} I (R_{i}) \\ . \\ . \\ . \\ R_{k}^{2} I (R_{k}) \end{matrix}] = αΔt [\begin{matrix} P_{1} & 0 & 0 & . . . & . . . & . . . & 0 \\ P_{2} & P_{1} & 0 & . . . & . . . & . . . & 0 \\ P_{3} & P_{2} & P_{1} & . . . & . . . & . . . & 0 \\ . & . & . & . & . & . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ P_{i} & P_{i - 1} & P_{i - 2} & . . . & P_{1} & . . . & 0 \\ . & . & . & . & . & . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ . & . & . & . & . & . & . \\ P_{k} & P_{k - 1} & P_{k - 2} & . . . & . . . & . . . & P_{1} \end{matrix}] [\begin{matrix} g (t_{1}) \\ g (t_{2}) \\ g (t_{3}) \\ . \\ . \\ . \\ g (t_{i}) \\ . \\ . \\ . \\ g (t_{k}) \end{matrix}] - - - (7)

其中，R_i为扩展目标靶的位置，I(R_i)为R_i处扩展目标靶感兴趣区域对应的像素平均灰度值，g(t_i)是t_i时刻选通脉冲函数对应的选通光增益值，P_i为激光能量矩阵中的元素，可由公式(6)给出，Δt由扩展目标靶步进步长ΔR决定，其大小为α是系统参数，是常数，可视为1。

由公式(7)进行反卷积运算可知，对于选通脉冲增益矩阵中的每一个元素，满足：

g (t_{i}) = \{\begin{matrix} ϵ / P_{1} & (ϵ > 0) \\ 0 & otherwise \end{matrix} - - - (8)

其中，

ϵ = \frac{R_{i}^{2}}{αΔt} I (R_{i}) - Σ_{m = 1}^{i - 1} P_{i - m + 1} g (t_{m}) .

在计算出选通脉冲增益矩阵中的各个元素后，即可获得完整的选通脉冲增益矩阵。

步骤H：根据选通脉冲增益矩阵画出选通像增强器选通脉冲的光增益曲线，通过该增益曲线测量选通像增强器的光学门宽。

其中，该光增益曲线为选通像增强器光增益随时间变化的曲线。光学门宽是指该光增益曲线中光增益为峰值高度一半的前后两点之间的时间长度。

为了说明本实施例的有效性，进行了距离选通反卷积法测量选通像增强器光门宽理论仿真实验。在仿真实验中，半导体激光脉冲器的光脉形为矩形方波，其全脉宽为8ns，选通延时为42ns。待测选通像增强器的真实光脉形为sin函数，其半高宽为10ns。设定选通像增强器光学门宽测量精度为2ns，则测量过程中扩展目标靶移动步进步长为0.3m，图7A为理论仿真获得13×1距离灰度矩阵对应的距离灰度曲线。根据公式(5)获得8ns脉宽矩形方波形成的13×13激光脉冲能量矩阵，从而通过距离灰度矩阵和激光脉冲能量矩阵反卷积可计算获得选通脉冲增益矩阵。图7B中的实线为选通脉冲增益矩阵对应的选通脉冲光增益曲线，其光学门宽(半高宽)为12ns，虚线为选通脉冲光增益曲线的真实值，二者吻合，光学门宽测量值与真实值间的误差为2ns，在测量精度范围内。该仿真实验结果表明了本实施例的有效性。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明测量选通像增强器光学门宽的装置及方法有了清楚的认识。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)ns级半导体激光脉冲器还可以用ns级固体激光器或气体激光器来代替；

(2)时序控制器还可以用信号发生器来代替。

综上所述，本发明提供一种测量选通像增强器光学门宽的装置及方法，其可以以较低的成本测量选通像增强器的光学门宽，同时还具有适应性好和灵活性强的优点。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种测量选通像增强器光学门宽的装置，其特征在于，包括：

激光脉冲器(1)；

扩展反射靶(4)，朝向所述激光脉冲器(1)设置，其位置可在距离向前后移动，待测选通像增强器(2)朝向该扩展反射靶(4)设置；

成像镜头(5)，设置于待测选通像增强器(2)的光路前端；

光学耦合器(6)，设置于待测选通像增强器(2)的光路后端；

面阵图像传感器(7)，电性连接至所述光学耦合器(6)；

时序控制器(3)，电性连接至所述激光脉冲器(1)及待测选通像增强器(2)，用于产生第一时序控制信号和第二时序控制信号，其中，第一时序控制信号控制激光脉冲器输出的激光脉冲，第二时序控制信号控制待测选通像增强器产生的选通脉冲间的选通延时；以及

数据处理与控制系统(8)，用于设置所述时序控制器(3)的时域参数，该时域参数与产生的第一时序控制信号和第二时序控制信号相关；并对所述面阵图像传感器(7)回传图像进行处理；

其中，所述扩展目标靶(4)在距离向由近及远步进式改变位置，面阵图像传感器获取不同位置上的扩展目标靶图像(9)，形成距离选通图像序列，所述数据处理与控制系统(8)根据该距离选通图像序列计算待测选通像增强器的光学门宽。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，获取每一扩展目标靶图像(9)的过程为：在所述时序控制器(3)所产生的第一时序控制信号的触发下，所述激光脉冲器(1)输出窄激光脉冲，对所述扩展目标靶(4)进行照明；待测选通像增强器(2)在预设的选通延时下工作，采集由所述扩展目标靶(4)反射回并由所述成像镜头(5)收集的光回波信号，该光回波信号由所述面阵图像传感器(7)转换为当前位置的扩展目标靶图像，传输至所述数据处理与控制系统(8)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光脉冲器(1)输出激光脉冲的脉宽不大于待测选通像增强器的电学脉宽。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扩展目标靶(4)为具有漫反射特性的白色平面板，其与待测选通像增强器(2)的光轴垂直，并且其尺寸不小于待测选通像增强器的视场。

5.一种测量选通像增强器光学门宽的方法，其特征在于，利用权利要求1至4中任一项所述的测量选通像增强器光学门宽的装置，包括：

步骤A：通过所述数据处理与控制系统设置时序控制器的时域参数，由所述时序控制器依据该时域参数产生光学门宽测量工作时序；

步骤B：按照待测选通像增强器光学门宽测量精度，计算获得所述扩展目标靶的步进步长ΔR及需要移动的距离区间；

步骤C：按照需要移动的距离区间内，垂直于待测选通像增强器的光轴在距离向上由近及远以ΔR的步进步长移动扩展目标靶，在其中的每一个位置，由面阵图像传感器抓取N帧的距离选通图像，其中，N≥1；

步骤D：数据处理与控制系统对N帧图像进行多帧平均处理后作为当前位置的扩展目标靶图像，不同距离上的扩展目标靶图像形成的距离选通图像序列；

步骤F：利用光电探测器测量半导体激光脉冲器输出的激光脉形曲线，提取激光脉冲能量矩阵；

步骤G：利用距离灰度矩阵和激光脉冲能量矩阵进行反卷积运算获得选通脉冲增益矩阵；以及

步骤H：根据选通脉冲增益矩阵画出选通像增强器选通脉冲的光增益曲线，通过该增益曲线确定待测选通像增强器的光学门宽。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述时域参数包括选通延时τ、激光脉冲全脉宽t_L、待测选通像增强器的电学门宽t_g，电和激光脉冲脉冲重复频率f_L；

在所述光学门宽测量时序下，在所述面阵图像传感器(7)一帧的曝光时间里，包含M个脉冲对，每个脉冲对内含一个激光脉冲和一个选通脉冲，通过控制激光脉冲和选通脉冲间的选通延时实现距离选通成像。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述选通延时τ满足：τ＞t_L；

激光脉冲的全脉宽t_L满足：t_L≤t_g，电；

图像传感器一帧的曝光时间里脉冲对的数量M满足：M＝t_ef_L，其中，t_e为图像传感器一帧曝光时间。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，对于扩展目标靶(4)：

步进步长满足：其中，Δt为光学门宽测量精度，c为光速；

需要移动的距离区间为：[(τ-t_L)c/2，(τ+t_g，电)c/2]，其中，τ、t_L和t_g，电分别为选通延时、激光脉冲全脉宽、待测选通像增强器的电学门宽。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤E中，提取距离灰度矩阵包括：提取该图像序列中相同位置感兴趣区域像素的平均灰度值，画出距离灰度曲线，该曲线形状为梯形包络，选取该梯形包络对应的k个灰度值形成k×1灰度值矩阵[I(R₁)，I(R₂)，I(R₂)，…I(R_i)，…I(R_k)]^T，其中，I(R₁)对应于梯形包络起始位置的0点灰度值，I(R_i)对应于梯形包络第i个位置的灰度值，I(R_k)对应于梯形包络结束位置的0点灰度值，0点灰度值为用户选取的灰度阈值，k为扩展目标靶在需要移动的距离区间移动位置的数目。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤F中提取激光脉冲能量曲线包括：

通过光电探测器测量半导体激光脉冲器的激光脉形曲线；

对该脉形曲线进行数据拟合处理后获得激光脉冲函数P(t)；

由激光脉冲函数P(t)按照Δt的时间分辨率提取激光能量值，形成k×k激光脉冲能量矩阵：

[\begin{matrix} P_{1} & 0 & 0 & . . . & . . . & . . . & 0 \\ P_{2} & P_{1} & 0 & . . . & . . . & . . . & 0 \\ P_{3} & P_{2} & P_{1} & . . . & . . . & . . . & 0 \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ P_{i} & P_{i - 1} & P_{i - 2} & . . . & P_{1} & . . . & 0 \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot \\ P_{k} & P_{k - 1} & P_{k - 2} & . . . & . . . & . . . & P_{1} \end{matrix}]

上述激光脉冲能量矩阵中，矩阵元素P_i由下式获得：P_i＝P(t_L-(i-1)Δt)，t_L为激光脉宽，Δt由扩展目标靶步进步长ΔR决定，其大小为c为光速。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤G中，对于选通脉冲增益矩阵为：

[\begin{matrix} g (t_{1}) \\ g (t_{2}) \\ g (t_{3}) \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ g (t_{i}) \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ g (t_{k}) \end{matrix}];

对于该选通脉冲增益矩阵中的每一个元素g(t_i)，满足：

g (t_{i}) = \{\begin{matrix} ϵ / P_{1} & (ϵ > 0) \\ 0 & otherwise \end{matrix}

其中，R_i为扩展目标靶的位置，I(R_i)为R_i处扩展目标靶感兴趣区域对应的像素平均灰度值，P_i为k×k激光脉冲能量矩阵中的相应元素，Δt由扩展目标靶步进步长ΔR决定，其大小为α是系统参数。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤G中，待测选通像增强器的光学门宽为：光增益曲线中光增益为峰值高度一半的前后两点之间的时间长度。