CN110187357B - 三维图像重构的激光主动成像系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种三维图像重构的激光主动成像系统，所述三维图像重构的激光主动成像系统包括：光源，用于发出脉冲激光；望远镜，用于使所述脉冲激光照射目标，并接收从目标返回的光子；光学后光路板，与所述光源及望远镜系统相连，采用收、发同轴光路，用于处理经过的脉冲激光及从目标返回的光子；单光子探测器，与所述光学后光路板相连，用于探测从目标返回后经所述光学后光路板处理后的光子；以及电子学控制处理模块，分别与所述脉冲激光器、单光子探测器、光学后光路板以及望远镜相连，用于发出指令信号。

Description

三维图像重构的激光主动成像系统

技术领域

本公开涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种三维图像重构的激光主动成像系统，适用于远距离的高灵敏、高分辨激光三维成像。

背景技术

在当代的三维成像技术领域中，可以大致分为平面图像算法重构和激光主动成像两个分支。

激光主动成像技术是精确三维成像技术的主要发展方向，通过精确测量光子飞行时间，获取每像素距离信息，重构出目标三维图像。因为能够获得目标距离图像和强度图像，并且具有很高的距离分辨能力和角度分辨能力，被广泛应用于目标识别、对地遥感观测、城市三维建模，特别是自动驾驶、辅助驾驶的兴起，三维成像被应用于汽车、船舶和飞机的主动防撞，机器人和无人车的避障、导航等领域。

但是，目前一般的激光三维成像技术只适用于几百米的距离，当成像距离扩展到数公里时，受限于漫反射的反射特性和探测灵敏度，需要使用高功率的激光器作为光源，极大的增加了实现难度和限制了应用。同时，当距离达到数公里时，成像质量受发射光斑扩散和成像孔径衍射极限等限制，成像质量往往难以保证。因此，如何实现远距离成像的同时仍然保持优秀的成像质量是一个具有挑战性的技术难题，也是一个急需发展的重要技术。

近些年，随着单光子探测技术的出现，人们有了单光子灵敏度的探测手段，有效地拓展了三维雷达的工作距离。加上时间相关的单光子测量技术Time correlated singlephoton counting(TCSPC)的发展，让我们能够实现传统技术无法实现的时间分辨精度，可以达到几十皮秒的分辨能力，从而大大提高了激光雷达的深度分辨能力。众多的科研团队和企业，纷纷发展他们的单光子激光三维成像系统。同时发展了两种主要的成像方式：1、二维面阵单光子相机凝视非扫描成像；2、单像素或多像素的扫描成像方式。其中，最具有代表性的工作来自美国麻省理工学院林肯实验室(MIT Lincoln Lab)，它起步较早，领跑于这个领域。他们从2000年初开始研究单光子激光成像[1]，并先后研发出Gen系列三代的单光子成像系统。在2015年更是开发了近红外波段响应InP/InGaAs-盖革APD阵列，发展了近红外波段兼顾隐蔽性和激光人眼安全的激光成像系统[2]，并现已经达到了256x256像元[3]，已投入应用，服务于民用、商用和军用等各方面。在其第三代的激光雷达产品中，采用了532nm工作波长，采用收发同轴的设计方案。为了做到集成化，使用了7.5cm口径的望远镜来做收发，并采用了较高的脉冲能量(33μJ)，从而做到很高的信噪比[4]。使用该系统，林肯实验室做到对几百米外十几个厘米精度的三维成像，并且可以实现对植被覆盖下的车辆等目标物体的侦测。其装置示意图及成像结果如图3所示[4]。但由于采用了小口径的望远镜和面阵探测，受限于功率，该系统在远距离情形下难以保证面阵中的每个单元都收集到足够的成像光子。

另外，一些商业公司，例如美国Princeton Lightwave公司，同样利用面阵探测器实现激光成像雷达[5]，应用于导航和障碍规避。基于面阵探测器的凝视非扫描成像，利用了器件优势避免扫描，提高系统成像速率，并可以降低系统复杂度、体积。然而同样因为面阵成像需要发射激光全局照明目标，应用到远距离成像需要巨大的功率需求，一般只能限制在百米到数公里。

而扫描成像方式方面，随着最近自动驾驶的兴起，有很多研究单位和公司都发展了自己的雷达系统，其中多数为扫描成像系统，例如比较有代表性的美国Velodyne公司，开发出多款成熟的激光雷达产品，采用了多波束发射接收的点阵扫描方式[6][7]，最多达到64波束，采用接收和发射组合一体做水平旋转加上反射旋转镜做竖直旋转的两维扫描测量方式，通过获得大角度范围的距离点阵信息后重构出三维环境图像，这样的系统其收集口径一般小于10厘米，采用线性Avalanche Photodiode(APD)探测器，成像距离限制在两三百米，这样的成像方式同样难以达到远距离。

据国际上的文献报道，主动三维成像最远距离为10.5km[8]，其系统通过采用20cm口径望远镜和单光子探测的手段，其使用两个一维的扫描振镜以实现扫描成像，两个一维扫描振镜之间采用了一个4f系统(4倍焦距)传递光路[9]，使用两个相同焦距的透镜，分隔2倍焦距，再让振镜分别放置在两端，都与透镜间隔1倍焦距，两个振镜间隔4倍透镜焦距的距离，这样的4f传递光路能够使振镜处于系统的共轭面上，在振镜扫描期间，接收和发射光斑在振镜上的位置保持静止，避免了因xy两维的扫描轴不在同一个平面上造成的扫描畸变。但是这样的结构增加了光学器件，增加了系统的复杂度，提高了对系统稳定性要求。另外，其系统依靠振镜一个像素紧靠一个像素地完成扫描，分辨率受限于成像孔径的衍射极限，无法得到更高分辨能力的图像。图4基于4f系统传递光路的光振镜扫描模块示意图，图引用于[9]；若要达到更远的成像距离，还需要把系统的能力在现有的基础上进行更大的提升，这无疑是一个技术挑战，也是一个亟待解决的技术难题。

[1].Heinrichs，Rick，et al.″Three-dimensional laser radar with APDarrays.″Laser Radar Technology and Applications VI.Vol.4377.InternationalSociety for Optics and Photonics，2001.

[2].Verghese，Simon，et al.″Arrays of InP-based avalanche photodiodesfor photon counting.″IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics13.4(2007)：870-886.

[3].Aull，Brian F.，et al.″A Study of Crosstalk in a$256\times 256$Photon Counting Imager Based on Silicon Geiger-Mode Avalanche Photodiodes.″IEEE Sensors Journal 15.4(2015)：2123-2132.

[4].Marino R M，Stephens T，Hatch R E，et al.A compact 3D imaging laserradar system using Geiger-mode APD arrays：system and measurements[C]//LaserRadar Technology and Applications VIII.International Society for Optics andPhotonics，2003，5086：1-16.

[5].Mark Entwistle，Itzler M A，Chen J，et al.Geiger-mode APD camerasystem for single photo 3-D LADAR imaging[C]//SPIE，2012，8375：83750D.

[6].Hall，David S.，et al.″LIDAR based 3-D imaging with varyingillumination field density.″U.S.Patent No.9,983,297.29 May 2018.

[7].Hall，David S.″High definition LiDAR system.″U.S.Patent No.8,767,190.1 Jul.2014.

[8].Pawlikowska A M，Halimi A，Lamb R A，et al.Single-photon three-dimensional imaging at up to 10 kilometers range.[J].Optics Express，2017，25(10)：11919.

[9].Mccarthy A，Collins R J，Krichel N J，et al.Long-range time-of-flight scanning sensor based on high-speed time-correlatedsingle-photoncounting[J].Applied Optics，2009，48(32)：6241.

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种三维图像重构的激光主动成像系统，以缓解现有技术中面阵激光主动成像由于高照明激光高功率需求的原因难以满足大空间尺度的成像需求；采用扫描方式的激光主动成像，在成像精度和效率方面也存在不足等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种三维图像重构的激光主动成像系统，包括：

光源，用于发出脉冲激光；

望远镜，用于使所述脉冲激光照射目标，并接收从目标返回的光子；

光学后光路板，与所述光源及望远镜系统相连，采用收、发同轴光路，用于处理经过的脉冲激光及从目标返回的光子；

单光子探测器，与所述光学后光路板相连，用于探测从目标返回后经所述光学后光路板处理后的光子；以及

电子学控制处理模块，分别与所述脉冲激光器、单光子探测器、光学后光路板以及望远镜相连，用于发出指令信号。

在本公开实施例中，所述光源包括脉冲激光器，以及准直器。

在本公开实施例中，所述望远镜包括：光学镜头，旋转台以及目镜。

在本公开实施例中，所述光学后光路板包括穿孔反射镜、扫描模块以及耦合模块，所述的穿孔反射镜用于透过光源发出的脉冲激光，同时把目标返回的光子反射到耦合模块；所述的穿孔反射镜，安装在电动调节镜架上，通过自动化调节能够优化同轴性能。

在本公开实施例中，所述电子学控制处理模块，包括：第一信号发生器，第二信号发生器，时间数字转换器，扫描驱动器，望远镜控制系统，以及控制电脑。

在本公开实施例中，所述第一信号发生器产生两路同源的周期脉冲触发信号，分别作为控制所述脉冲激光器输出触发信号和单光子探测器的门控信号，两路信号之间有固定延时。

在本公开实施例中，所述控制电脑触发所述第二信号发生器使其按照预设的波形输出扫描信号，控制压电陶瓷偏转器实现设定模式的扫描。

在本公开实施例中，所述设定模式的扫描为按时间顺序实现设定的偏转角度，进而实现栅格式的扫描。

在本公开实施例中，所述扫描模块包括：压电陶瓷偏转器、扫描反射镜、用于折叠光路的反射镜。

在本公开实施例中，所述耦合模块，包括：耦合透镜、滤波片以及多模光纤；所述的耦合透镜，安装在电动平移台上，通过电动平移台的自动化调节优化耦合效率。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开三维图像重构的激光主动成像系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)兼顾小视场的精细扫描，同时能够实现大视场的成像；

(2)能够实现数十公里的远距离激光三维成像，而激光功率只需要百毫瓦的平均功率；

(3)可以实现在回波光子信号极少，信噪比很低的情况下的远距离高分辨三维成像；

(4)得到高精度的空间分辨率，不再限制于光学镜头成像能力；

(5)双轴扫描振镜的运用能够实现高精度的角度偏折，同时减少了使用光学器件的采用数量，提高了光路透过率，提高光路设计集成度高，节约空间，同时具有更好的稳定性。

附图说明

图1为本公开实施例三维图像重构的激光主动成像系统的整体架构示意图。

图2为本公开实施例三维图像重构的激光主动成像系统具体组成示意图。

图3为林肯实验室Gen-III系统设计图。

图4为基于4f系统传递光路的振镜扫描光学模块的成像系统示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种三维图像重构的激光主动成像系统，所述三维图像重构的激光主动成像系统，适合远距离的高分辨激光主动成像技术方案，能够达到数十公里级的成像距离，成像分辨率可达十厘米级；实现远距离的高灵敏度、高分辨率激光三维成像，其灵敏度可以达到单像素单光子级别，同时能够实现超分辨图像重构，能够满足目标识别等重要应用需求。

在现有技术中，激光雷达受发射功率、分辨率、探测灵敏度的限制，一般面阵的三维成像系统工作距离为百米级，机载雷达使用高功率的激光和单光子面阵探测器，能达到2-3km。采用直接扫描的方式实现整个面的成像，包括使用机械的扫描振镜和使用整系统的电机旋转扫描，其精度只适用于百米级的短距离。而且一般采用光斑扫描的形式进行扫描成像，由于光斑通过远距离的自由空间传播后会发生剧烈的扩散，显著影响空间分辨能力。若采用分离的两维扫描机构，会存在扫描畸变，或采用4f传递光路会增加系统的复杂度。

而本公开与现有技术的区别特征为使用两级自动化扫描，兼顾了小视场的精细扫描，同时能够实现大视场的成像。采用视场扫描的方式，得到高精度的空间分辨率，不再限制于光学镜头成像能力，而是受限于扫描间隔的精细程度。采用高精度的两维精密偏转器作为扫描装置，能够实现高精度的角度偏折。同时减少了使用光学器件的采用数量，提高了光路透过率，提高光路设计集成度，节约空间，同时具有更好的稳定性。

为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。

本发明使用飞行时间扫描成像的方式实现对一个场景的三维成像，飞行时间的测量提供深度信息，二维的扫描提供该深度的方位信息，整合后通过有效的数据处理重构出场景的三维图像。

在本公开实施例中，提供一种三维图像重构的激光主动成像系统，如图1所示，所述三维图像重构的激光主动成像系统，包括：

光源，用于发出脉冲激光；包括脉冲激光器，以及准直器，

望远镜，用于使所述脉冲激光照射目标，并接收从目标返回的光子，所述望远镜包括光学镜头，旋转台，目镜；

光学后光路板，与所述光源及望远镜系统相连，采用收、发同轴光路，用于处理待发射的脉冲激光及从目标返回的光子，所述光学后光路板包括穿孔反射镜、扫描模块和耦合模块；

单光子探测器，用于探测从目标返回后经所述光学后光路板处理后的的光子；并将探测到的光子到达时间发送到电子学控制处理模块进行处理。

电子学控制处理模块，包括扫描驱动器，第一信号发生器，第二信号发生器，时间数字转换器，控制电脑，以及望远镜控制系统；

所述第一信号发生器产生两路同源的周期脉冲触发信号，分别作为控制所述脉冲激光器输出触发信号和单光子探测器的门控信号，两路信号之间有固定延时；

所述控制电脑用于控制所述旋转台；所述控制电脑触发所述第二信号发生器使其按照特定的波形输出两路扫描镜扫描信号；

所述预设的波形，包括幅度呈阶梯变化的波形，例如：信号1设置：起始幅度为0V，幅度随时间阶梯递增，每间隔相同时间T(T：每像素的采集时间)，幅度增长相同的幅度间隔A(幅度增长间隔A与需要偏转的角度相对应)，直到时刻(N-1)T(N：图像每行包含的像素数)，幅度为A(N-1)。时刻为NT时幅度不再递增仍然保持为A(N-1)，从时刻为(N+1)T时开始，每间隔相同时间T幅度以间隔为A递减，到时刻为(2N-1)T的时候幅度递减为0V并持续时间T，信号在时刻为2NT以后，重复上述(0-2NT)信号(M/2)遍(M为图像每列包含的像素数)。

信号2设置：同样起始幅度为0V，幅度随时间阶梯递增，每间隔相同时间NT，幅度增长相同的幅度A。最终，当时间为(M-1)NT时，幅度为A(M-1)并持续时间NT。信号1、2由电脑同时触发输出，每次触发输出一次。

所述扫描信号用于控制扫描驱动器驱动压电陶瓷偏转器实现扫描

在本公开实施例中，光路采用收发同轴模式，穿孔反射镜到望远镜为扫描模块，压电陶瓷偏转器、扫描反射镜、透镜(目镜)和反射镜，用于实现发射和接收的角度扫描。耦合模块包括耦合透镜、滤波片、多模光纤，用于收集并耦合从目标返回的光子至单光子探测器。

所述的穿孔反射镜用于透过发射的脉冲激光，同时把大部分收集到的目标返回的光子发射到耦合模块处理，

所述扫描模块包括压电陶瓷偏转器以及扫描反射镜；以及用于折叠光路的反射镜，通过不同强度的电信号控制所述压电陶瓷偏转器偏转角度的大小，按时间顺序实现设定的偏转角度，进而实现栅格式的扫描。

所述三维图像重构的激光主动成像系统的光路采用收发同轴模式，发射和接收光束都需要通过光学镜头。

在本公开实施例中，所述光源包括脉冲输出的短脉冲激光器；(亚纳秒脉冲宽度，工作在小于兆赫兹重复频率，以适应深度分布大于100米的场景，包括半导体、固体、光纤脉冲激光器)；

所述光源采用脉冲输出的短脉冲光纤激光器，(1550nm，亚纳秒0.5ns脉冲宽度，工作在100kHz重复频率)。通过光纤和末端的准直器发射进入光学后光路板的光学系统之中。受电子学控制处理模块提供的(100kHz脉冲)触发信号控制，每个控制信号触发输出一个光脉冲，触发时间被时间数字转换器(TDC)测量。

在本公开实施例中，所述光学镜头采用280mm口径的商用卡塞格林天文望远镜作为镜头，f＝2800mm，配有二维旋转台，能够实现精细的大视场扫描。通过拼接多个子视场实现大视场成像。望远镜配上f＝100mm目镜(球面、非球面、透镜组)组成望远镜系统；收、发光束都会经过所述望远镜系统，发射光束被扩束准直，以较小的发散角(约30urad)出射，保证了远距离光斑的汇聚程度，集中照明目标场景；收集的光束在通过目镜后压缩为小光斑能够被后面的耦合模块收集，和后面的耦合62.5um多模光纤视场为22.5urad匹配，尽可能压缩视场得到更精细的成像分辨率。

光学后光路板，其中的光学元器件都安装在铝制的光学底板上，设计孔位安装光学元件支架。采用收发光路的同轴扫描的设计，发射光束在入射后经过反射镜与接收光轴重合，并通过一个穿孔反射镜传播到扫描反射镜。散射返回的光沿共同光轴传播，大部分由穿孔反射镜反射分离，进入由耦合透镜和耦合光纤组成的耦合模块之中，耦合进另一端连接着单光子探测器的62.5微米芯径的多模光纤。所述穿孔反射镜是由普通的镀有银膜的反射镜通过斜向45度穿孔制作而成；所述穿孔反射镜安装在一个可电动调整的电动调节镜架上，通过自动化调节能够优化同轴性能；所述耦合透镜安装在电动平移台上，通过电动平移台自动化调节优化耦合效率。

所述扫描模块由固定在压电陶瓷偏转器上的扫描反射镜构成，通过不同强度的电信号控制偏转角度的大小，按时间顺序实现设定的偏转角度，进而实现栅格式的扫描。例如设计为11.5urad，则可以配合实现优于视场精细程度1倍的高分辨率成像，不再受限于单像素的视场，甚至不受限于成像口径的衍射极限。

探测系统，包括门控的单光子探测器(SPAD)和时间数字转换器组成，散射光通过光纤传导或直接经过自由空间，再经过光谱滤波器的光谱滤波(1500nm长通加上2nm带通)，最终到达单光子探测器被探测，单光子探测器产生脉冲响应，产生时间被时间数字转换器测量，和触发激光器的脉冲信号产生时间做差得到光子飞行的往返时间(Time offlight)。

电子学控制与处理模块，由控制电脑连接望远镜控制系统以实现望远镜转台的控制，每个小视场的扫描的开始时间会被TDC记录，数据以此时间为起点，以固定的时间间隔(每像素的扫描时间)分割成像素数据，组织成图像数据。利用一台工作在触发模式的第二信号发生器产生扫描控制信号，控制电脑触发其按照特定的波形输出两路扫描镜扫描信号，所述扫描信号用于控制扫描驱动器驱动压电陶瓷偏转器实现扫描。另一台信号发生器产生两路同源的周期(100kHz)脉冲触发信号，分别作为控制激光器输出触发信号和单光子探测器门控信号，两路信号之间有固定延时，使本地光路的散射杂散光，在探测门时间之外，避免大量来自于的本地散射的假信号。通过利用探测到的光子飞行往返时间数据，通过特定的算法重构出场景的三维图像。

所述光学镜头采用较大口径的望远镜作为镜头，配上目镜使发射光束扩束，以较小的发散角出射，保证了远距离光斑的汇聚程度，集中照明目标场景。收集的光束在通过目镜后压缩为小光斑能够被后面的耦合模块收集，光斑大小需要和后面的耦合多模光纤视场匹配，尽可能压缩视场有利于得到更精细的成像分辨率。

发射光束和接收光路同轴扫描，同时通过扫描镜扫描，发射光斑为稍大于接收视场。扫描时采用两级的精细的视场扫描成像方式，分别由高精度偏转器和高精度的望远镜转台实现。第一级利用偏转器实现，扫描间隔设置为亚视场大小的幅度，即每个像素视场会和相邻像素有一部分交叠，这样每个像素采集到的信号包含了亚像素的信息。我们将采用全新的超衍射极限解卷积重构算法去提取亚像素信息。成像的空间分辨能力不受限于光斑尺寸、单像素的视场，甚至是不受限于成像口径的衍射极限，镜头口径的衍射极限，只受限于扫描间隔。这样的系统对远处物体的三维成像精度能够远优于一般激光雷达。第二级的扫描由望远镜配有的二维旋转台实现，实现精细的大视场扫描，并通过拼接多个子视场实现大视场成像。

在光学后光路板中，在发射光束在入射后与接收光轴重合，接收光沿共同光轴传播，通过电动调节反射镜自动化调节，并在进接收系统前分离，被耦合接收。由固定在精密偏转器上的反射镜作为扫描镜，远距离成像时轻微的抖动在远处都会产生显著的误差，所以必须采用高精度偏转器才能保证精细的成像质量。扫描时，通过不同强度的电脉冲控制的方式，实现特定的偏转，进而实现栅格式的扫描。进入后光路的散射回波最终被耦合透镜收集，通过电动平移台自动化调节耦合透镜，并被探测系统探测。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。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。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开三维图像重构的激光主动成像系统有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种三维图像重构的激光主动成像系统，所述三维图像重构的激光主动成像系统，适合远距离的高分辨激光主动成像技术方案，能够达到数十公里级的成像距离，成像分辨率可达十厘米级；实现远距离的高灵敏度、高分辨率激光三维成像，其灵敏度可以达到单像素单光子级别，同时能够实现超分辨图像重构，能够满足目标识别等重要应用需求。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、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，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.三维图像重构的激光主动成像系统，包括：

光源，用于发出脉冲激光；

望远镜，用于使所述脉冲激光照射目标，并接收从目标返回的光子；

光学后光路板，与所述光源及望远镜系统相连，采用收、发同轴光路，用于处理经过的脉冲激光及从目标返回的光子；

单光子探测器，与所述光学后光路板相连，用于探测从目标返回后经所述光学后光路板处理后的光子；以及

电子学控制处理模块，分别与所述脉冲激光器、单光子探测器、光学后光路板以及望远镜相连，用于发出指令信号；

所述光学后光路板包括穿孔反射镜、扫描模块、以及耦合模块，所述穿孔反射镜用于透过光源发出的脉冲激光，同时把目标返回的光子反射到耦合模块；

所述望远镜包括：光学镜头，旋转台以及目镜；

所述穿孔反射镜，安装在电动调节镜架上，通过自动化调节能够优化同轴性能；

所述扫描模块包括：压电陶瓷偏转器、扫描反射镜、用于折叠光路的反射镜；

所述耦合模块包括：耦合透镜、滤波片、以及多模光纤；所述的耦合透镜安装在电动平移台上，通过电动平移台的自动化调节优化耦合效率；

扫描时采用两级的视场扫描成像方式，第一级的扫描利用压电陶瓷偏转器实现，扫描间隔设置为亚视场大小的幅度，第二级的扫描由望远镜配有的二维旋转台实现，实现大视场扫描。

2.根据权利要求1所述的三维图像重构的激光主动成像系统，所述光源包括脉冲激光器，以及准直器。

3.根据权利要求1所述的三维图像重构的激光主动成像系统，所述电子学控制处理模块，包括：第一信号发生器，第二信号发生器，时间数字转换器，扫描驱动器，望远镜控制系统，以及控制电脑。

4.根据权利要求3所述的三维图像重构的激光主动成像系统，所述第一信号发生器产生两路同源的周期脉冲触发信号，分别作为控制所述脉冲激光器输出触发信号和单光子探测器的门控信号，两路信号之间有固定延时。

5.根据权利要求3所述的三维图像重构的激光主动成像系统，所述控制电脑触发所述第二信号发生器使其按照预设的波形输出扫描信号，控制压电陶瓷偏转器实现设定模式的扫描。

6.根据权利要求5所述的三维图像重构的激光主动成像系统，所述设定模式的扫描为按时间顺序实现设定的偏转角度，进而实现栅格式的扫描。