CN114325752A - 激光透视成像系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光透视成像系统，包括：机箱、相机、激光器、选通控制器、光学镜头、激光准直器和电源；机箱的一侧分别设置有第一透光孔和第二透光孔；光学镜头的感光面安装在第一透光孔处，激光准直器安装在第二透光孔处；光学镜头的后方安装有相机；光学镜头用于将激光回波成像在相机的焦平面上选通控制器分别用于控制激光器发出激光和用于控制相机进行成像；激光准直器用于调节激光的发散角；光源用于为成像系统供电。本发明通过脉冲照明、选通接收，降低了烟雾的后向散射光对成像系统的影响；通过超短的曝光时间，降低火焰发出的噪声光进入成像系统的积分时间；通过激光主动施照，解决了火场照明度低的问题，提高了目标成像对比度。

Description

激光透视成像系统及其方法

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，特别涉及一种激光透视成像系统及其方法。

背景技术

在火灾搜救现场，消防员面临恶劣的视觉条件，包括燃烧产生的浓烟、继续燃烧的火焰、停电导致的低照明度等。浓烟阻碍消防员视线，燃烧的火焰阻碍红外搜救系统视线，低照明度造成光电搜救系统成像对比度低，给搜救工作带来极大困难。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种激光透视成像系统及其方法。采用了短波红外波段激光主动照明成像技术，通过脉冲照明、选通接收，降低了烟雾的后向散射光对成像系统的影响；通过超短的曝光时间，降低火焰发出的噪声光进入成像系统的积分时间；通过激光主动施照，解决了火场照明度低的问题，提高了目标成像对比度。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种激光透视成像系统，包括：机箱、相机、激光器、选通控制器、光学镜头、激光准直器和电源；

相机、激光器、选通控制器、光学镜头、激光准直器和电源位于机箱的内部；

机箱的一侧分别设置有第一透光孔和第二透光孔，第一透光孔位于第二透光孔的上方；光学镜头的感光面安装在第一透光孔处，激光准直器安装在第二透光孔处；光学镜头的后方安装有相机；

选通控制器分别用于控制激光器发出激光和用于控制相机进行成像；

光学镜头用于将激光回波成像在相机的焦平面上；

激光准直器用于调节激光的发散角；

光源用于为成像系统供电。

优选地，机箱内部设置有第一通信接口，选通控制器设置有第二通信接口，第二通信接口通过电缆与第一通信接口进行连接，

选通控制器通过第一通信接口与外部电脑或嵌入式系统进行通信。

优选地，相机的图像数据通过第一通信接口输出至外部电脑或嵌入式系统。

优选地，相机为ICCD相机，相机的内部安装有选通像增强器。

优选地，机箱的上方设置有把手。

本发明还提供一种激光透视成像方法，包括以下步骤：

S1、选通控制器控制激光器输出激光，激光器输出激光后将出光反馈信号发送给选通控制器；

S2、激光器输出的激光通过光纤耦合输出至激光准直器；

S3、激光准直器将激光汇聚到与相机的视场相匹配的发散角，经激光准直器准直后的激光作为照明激光对目标进行施照并形成激光回波；

S4、选通控制器基于出光反馈信号延时预设时间后控制相机打开光学快门接收激光回波；

S5、激光回波进入相机后选通控制器控制光学快门关闭，激光回波在相机内进行成像。

与现有的技术相比，本发明采用了短波红外波段激光主动照明成像技术，通过脉冲照明、选通接收，降低了烟雾的后向散射光对成像系统的影响；通过超短的曝光时间，降低火焰发出的噪声光进入成像系统的积分时间；通过激光主动施照，解决了火场照明度低的问题，提高了目标成像对比度。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的激光透视成像系统结构示意图。

图2是根据本发明实施例提供的激光透视成像方法的流程图。

其中的附图标记包括：机箱1、相机2、激光器3、选通控制器4、光学镜头5、激光准直器6、电源7和第一通信接口8。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的激光透视成像系统结构。

如图1所示，本发明实施例提供的激光透视成像系统包括：机箱1、相机2、激光器3、选通控制器4、光学镜头5、激光准直器6、电源7。

机箱1的上方设置有把手，机箱1的一侧分别设置有第一透光孔和第二透光孔，第一透光孔位于第二透光孔的上方。机箱1另一侧的上方设置有第一通信接口8

相机2、激光器3、选通控制器4、光学镜头5、激光准直器6、电源7和第一通信接口8均位于机箱1的内部。

光学镜头5位于机箱1的内部，光学镜头5的感光面安装在机箱1的第一透光孔处。光学镜头5用于将激光回波汇聚在相机2的焦平面上；

光学镜头5的后方安装有相机2。相机2为ICCD相机。

激光准直器6安装在机箱1的第二透光孔处。

相机2用于采集激光照明区域图像，相机2自身具有高速选通像增强器，该像增强器一方面具有很高的光学增益，另一方面可充当高速光学快门，光学快门的开关速率可低至纳秒级，因此当极窄的激光脉冲抵达相机2时，相机2的光学快门瞬间打开，使激光回波在相机2内积分成像，当激光脉冲全部进入相机2后，光学快门可以瞬间关闭，阻止环境的噪声光和烟雾的后向散射光进入系统成像。相机2的光学快门通过专用的电学接口与外部选通控制器4进行连接，选通控制器4在特定时刻控制光学快门的打开和关闭，完成目标的选通成像。

激光器3为短波红外激光器，激光器3在选通控制器4的控制下发出极窄的激光脉冲，用于对目标进行主动施照，激光器3出光控制通过专用的电学接口与选通控制器4进行连接，将激光器3的出光时刻作为选通控制器4的延时基准；

如果激光器3的出光时刻与激光器3出光控制信号的延时抖动很小，可以将出光控制信号本身作为选通控制器4的基准；

如果激光器3的出光时刻与激光器3出光控制信号的延时抖动很大，可以在激光器3内加入出光检测装置，出光检测装置通过拾取部分出射光判断激光器3的出光状态，并将激光器3的出光状态通过专用的电学接口反馈给选通控制器4作为选通控制器4的延时基准；

激光器3输出的照明激光通过光纤耦合输出至激光准直器6，激光准直器6将发散的激光照明脉冲汇聚到与相机2的视场相匹配的发散角，提高激光脉冲的能量利用率，经激光准直器6准直后的激光脉冲作为照明光对目标进行施照；

选通控制器4用于控制激光器3的激光输出，并接收激光器3的出光反馈信号，并以出光反馈信号为延时基准，延时至预设的时间后打开相机2的光学快门，完成一帧图像的获取。

选通控制器4通过专用的电学接口与相机2连接，用于光学快门的开闭控制以及相机状态的检测。选通控制器4通过专用的电学接口与激光器3进行连接，用于控制激光器3的出光并接收激光器3的出光反馈信号。

选通控制器4具有第二通信接口，通过第二通信接口与外部的电脑或其他嵌入式系统连接，接收外部命令，从而改变相关参数，完成不同距离目标的选通成像、不同帧频的选通成像、不同景深的选通成像等工作条件，同时通过第二通信接口将自身的工作参数传输给外部的电脑或其他嵌入式系统，用于外部对选通控制器4的工作状态查询；

选通控制器4的第二通信接口通过电缆连接至机箱1上的第一通信接口8，外部电脑或嵌入式系统通过第一通信接口8与选通控制器4进行通信，相机2的图像数据也通过第一通信接口8输出给外部的电脑或其他嵌入式系统；

电源7为系统各部分提供所需的直流电。

本发明的目的是解决火场搜救过程中，严重阻碍消防员和搜救系统视线的烟雾、火焰对搜救效率的影响，并通过激光主动施照解决搜救现场照明条件差的问题。

为实现上述目的，本发明采用短波红外激光器对搜救现场进行主动照明。由于采用了主动施照，现场照明度提高，首先解决了因为停电导致的低照度问题。由于主动照明光束的照射，导致另一个问题，即光束照射到前方烟雾时，造成烟雾的后向散射，即烟雾将一部分照明光散射回来，导致前方视场出现白色的水洗效果，此时消防员只能看到白色的烟雾，无法看见烟雾后面的景物。

为了解决照明光束被烟雾后向散射导致视场受阻的问题，采用脉冲照明、选通接收的距离选通方式对前方进行成像。距离选通激光主动成像是指，初始时刻相机快门关闭，向目标发出极端的激光脉冲，当脉冲抵达目标并返回至相机时，打开相机快门，使返回的激光脉冲进入相机并曝光成像，当脉冲完全进入相机后，关闭相机快门，完成一帧图像的获取。

采用以上的激光透视成像方法，进入相机成像的光信号主要是激光脉冲照亮的目标回波信号，而激光在相机与目标之间的其他目标，只要相机开门时间足够短，几乎不在相机内成像，因此只要精确调节激光脉冲和相机快门之间的同步关系，就可以得到所需距离上的目标像。采用该脉冲照明，距离选通成像的方法，可以有效解决照明视场中烟雾后向散射光造成的图像水洗发白的问题。

采用距离选通主动成像的方法，同时给相机提供了超短曝光时间的条件，由于曝光时间段，火焰噪声光进入相机的积分时间极短，因此其成像亮度极低，可以认为视场前方的火焰对成像基本没有影响。

图2示出了根据本发明实施例提供的激光透视成像方法的流程图。

如图2所示，本发明实施例提供的激光透视成像方法包括以下步骤：

S1、选通控制器控制激光器输出激光，激光器输出激光后将出光反馈信号发送给选通控制器。

S2、激光器输出的激光通过光纤耦合输出至激光准直器。

S3、激光准直器将激光汇聚到与相机的视场相匹配的发散角，经激光准直器准直后的激光作为照明激光对目标进行施照并形成激光回波。

S4、选通控制器基于出光反馈信号延时预设时间后控制相机打开光学快门接收激光回波。

S5、当激光回波进入相机后选通控制器控制光学快门关闭，激光回波在相机内进行成像。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种激光透视成像系统，其特征在于，包括：机箱、相机、激光器、选通控制器、光学镜头、激光准直器和电源；

所述相机、激光器、选通控制器、光学镜头、激光准直器和电源位于所述机箱的内部；

所述机箱的一侧分别设置有第一透光孔和第二透光孔，第一透光孔位于第二透光孔的上方；所述光学镜头的感光面安装在所述第一透光孔处，所述激光准直器安装在所述第二透光孔处；所述光学镜头的后方安装有所述相机；

所述选通控制器分别用于控制所述激光器发出激光和用于控制所述相机进行成像；

所述光学镜头用于将激光回波成像在所述相机的焦平面上；

所述激光准直器用于调节所述激光的发散角；

所述光源用于为所述成像系统供电。

2.根据权利要求1所述的激光透视成像系统，其特征在于，所述机箱内部设置有第一通信接口，所述选通控制器设置有第二通信接口，所述第二通信接口通过电缆与所述第一通信接口进行连接，

所述选通控制器通过所述第一通信接口与外部电脑或嵌入式系统进行通信。

3.根据权利要求2所述的激光透视成像系统，其特征在于，所述相机的图像数据通过所述第一通信接口输出至外部电脑或嵌入式系统。

4.根据权利要求3所述的激光透视成像系统，其特征在于，所述相机为ICCD相机，所述相机的内部安装有选通像增强器。

5.根据权利要求4所述的激光透视成像系统，其特征在于，所述机箱的上方设置有把手。

6.一种激光透视成像方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的激光透视成像系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述选通控制器控制所述激光器输出激光，所述激光器输出激光后将出光反馈信号发送给所述选通控制器；

S2、所述激光器输出的激光通过光纤耦合输出至所述激光准直器；

S3、所述激光准直器将激光汇聚到与所述相机的视场相匹配的发散角，经所述激光准直器准直后的激光作为照明激光对目标进行施照并形成激光回波；

S4、所述选通控制器基于所述出光反馈信号延时预设时间后控制所述相机打开光学快门接收所述激光回波；

S5、所述激光回波进入所述相机后所述选通控制器控制所述光学快门关闭，所述激光回波在所述相机内进行成像。

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