JPH04301784A - 単一及び連続式フレームのためのマルチパルス単一及び多重ゲートを用いる画像ライダシステム - Google Patents
単一及び連続式フレームのためのマルチパルス単一及び多重ゲートを用いる画像ライダシステムInfo
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- JPH04301784A JPH04301784A JP3224127A JP22412791A JPH04301784A JP H04301784 A JPH04301784 A JP H04301784A JP 3224127 A JP3224127 A JP 3224127A JP 22412791 A JP22412791 A JP 22412791A JP H04301784 A JPH04301784 A JP H04301784A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/484—Transmitters
-
- G—PHYSICS
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- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1123—Q-switching
- H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、空気又は水の
様な後方散乱する媒体中の物体を遠隔検知し、画像化す
るためのセンサシステムに関する。特に、本発明は、画
像ライダシステムに適用される照射を最大にするための
マルチパルス多重カメラ、又は単一カメラの多重ゲート
を使用する新規画像ライダ（レーザレーダ）を用いて機
上プラットフォームから機雷及び潜水艦のような海面下
の物体を検知し、位置づけ及び／又は画像化するための
方法及び装置に関する。
様な後方散乱する媒体中の物体を遠隔検知し、画像化す
るためのセンサシステムに関する。特に、本発明は、画
像ライダシステムに適用される照射を最大にするための
マルチパルス多重カメラ、又は単一カメラの多重ゲート
を使用する新規画像ライダ（レーザレーダ）を用いて機
上プラットフォームから機雷及び潜水艦のような海面下
の物体を検知し、位置づけ及び／又は画像化するための
方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ある種の目標物の存在のために後方散乱
する媒体中の体積を探索する事が、多数の軍事的及び民
間的適用に於いて望まれる。例えば、海洋航路に配備さ
れた係留機雷又は海底機雷は軍事及び商業用の双方に使
用される航海中の船舶にとって危険である。海事法施行
のようなその他の民間的適用のためには、水中に沈めら
れた漁網又は密輸品に使用された麻薬輸送コンテナの存
在を検知する事が望まれる。港及び海岸で又は近傍に於
いて、水中に沈められている障害物、ケーブル、パイプ
ライン、樽、石油缶等を検知することが望まれる。厳密
な軍事的適用に於いては、対潜作戦に対して潜水艦の検
知及び位置づけの効果的手段が要求される。
する媒体中の体積を探索する事が、多数の軍事的及び民
間的適用に於いて望まれる。例えば、海洋航路に配備さ
れた係留機雷又は海底機雷は軍事及び商業用の双方に使
用される航海中の船舶にとって危険である。海事法施行
のようなその他の民間的適用のためには、水中に沈めら
れた漁網又は密輸品に使用された麻薬輸送コンテナの存
在を検知する事が望まれる。港及び海岸で又は近傍に於
いて、水中に沈められている障害物、ケーブル、パイプ
ライン、樽、石油缶等を検知することが望まれる。厳密
な軍事的適用に於いては、対潜作戦に対して潜水艦の検
知及び位置づけの効果的手段が要求される。
【０００３】現在では、扱いにくく、時間を浪費するワ
イヤ装置が、遠隔の機上位置から水中の目標物を検知す
るために使用されねばならない。これらの装置は、水中
に沈められ、当然容易に損傷を受けかつ消失する。又、
ワイヤ装置は目標物の検知を比較的遅くし、可視画像を
提供すること無く目標物を検知するのみである。機上の
プラットフォームからの水中の物体（若しくは、氷、雪
、霧、及び煙等の少なくとも部分的に光を伝えるその他
の後方散乱する媒体により覆い隠される物体）を遠隔検
知し、画像化するための重要な且つ新規なシステムが、
本譲受人に譲渡され、参考文献として本明細書に含まれ
る米国特許 ４，８６２，２５７号及び１９８８年１０
月１２日出願の米国特許出願第 ２５６，７７８号に記
載されている。米国特許第４，８６２，２５７号の画像
ライダシステムは、ナノセカンドの程度のパルス幅を有
する短い光パルスを発生するレーザを用いる。レーザ光
は、光学装置により拡大され海面に向けて物体又は目標
物に向けて下方に投射される。米国特許第 ２５６，７
７８号は夜間映像のための画像ライダシステムに関わる
。
イヤ装置が、遠隔の機上位置から水中の目標物を検知す
るために使用されねばならない。これらの装置は、水中
に沈められ、当然容易に損傷を受けかつ消失する。又、
ワイヤ装置は目標物の検知を比較的遅くし、可視画像を
提供すること無く目標物を検知するのみである。機上の
プラットフォームからの水中の物体（若しくは、氷、雪
、霧、及び煙等の少なくとも部分的に光を伝えるその他
の後方散乱する媒体により覆い隠される物体）を遠隔検
知し、画像化するための重要な且つ新規なシステムが、
本譲受人に譲渡され、参考文献として本明細書に含まれ
る米国特許 ４，８６２，２５７号及び１９８８年１０
月１２日出願の米国特許出願第 ２５６，７７８号に記
載されている。米国特許第４，８６２，２５７号の画像
ライダシステムは、ナノセカンドの程度のパルス幅を有
する短い光パルスを発生するレーザを用いる。レーザ光
は、光学装置により拡大され海面に向けて物体又は目標
物に向けて下方に投射される。米国特許第 ２５６，７
７８号は夜間映像のための画像ライダシステムに関わる
。
【０００４】上述されたタイプの画像ライダシステムは
参考文献としてここに含まれる米国特許第 ４，９６４
，７２１号及び米国特許 ４，９６７，２７０号に記載
される。米国特許 ４，９６４，７２１号は航空機中の
高度計の入力に基づいてカメラゲートを制御し、コンピ
ュータを使用して変化するプラットフォームの高度を自
動的に追跡すべくすべての時間の遅延を調整する。米国
特許第 ４，９６７，２７０号は、目標物を横切る多重
サブイメージを得るために予め選択された遅延時間後、
個別的にトリガされる複数のゲートカメラを用いるライ
ダシステムに関する。これらの多重サブイメージは、コ
ンピュータにモザイク状に集められ、好ましくは単一の
光パルスのみを用いて目標物平面の完全な画像を提供す
る。
参考文献としてここに含まれる米国特許第 ４，９６４
，７２１号及び米国特許 ４，９６７，２７０号に記載
される。米国特許 ４，９６４，７２１号は航空機中の
高度計の入力に基づいてカメラゲートを制御し、コンピ
ュータを使用して変化するプラットフォームの高度を自
動的に追跡すべくすべての時間の遅延を調整する。米国
特許第 ４，９６７，２７０号は、目標物を横切る多重
サブイメージを得るために予め選択された遅延時間後、
個別的にトリガされる複数のゲートカメラを用いるライ
ダシステムに関する。これらの多重サブイメージは、コ
ンピュータにモザイク状に集められ、好ましくは単一の
光パルスのみを用いて目標物平面の完全な画像を提供す
る。
【０００５】本譲受人に譲渡され、参考文献として本明
細書に含まれる１９９０年 ８月１０日に出願された米
国特許出願第 ５６５，６３１号は、複数のパルスレー
ザ送信器、ゲートを有する高感度の複数のアレイカメラ
受信器、視野の拡大のための光学式スキャナ、システム
制御用のコンピュータ、自動目標物検知及び表示再生を
用いる機上画像ライダシステムに関する。米国特許出願
第 ５６５，６３１号は、特定された目標物のために後
方散乱する媒体（例えば、水）の大きな体積を素早く探
知するための手段を提供し、従来技術の装置をもとに、
（多重レーザの同時操作により）各々のレーザパルスの
エネルギを増強し、多重カメラを用いて検知システムの
感度を高め、その結果、装置の性能を向上させる。単一
レーザパルスで異なる範囲のゲートを画像化するため複
数のカメラが使用される。あるいは、複数のカメラは同
時にゲートされ、雑音レベルを低減し感度を高めるよう
に平均化された独立した映像を提供する。これらの改善
により、より高い信号対雑音比を得、より高い検知確率
、又はより広い範囲の深度能力を得る。
細書に含まれる１９９０年 ８月１０日に出願された米
国特許出願第 ５６５，６３１号は、複数のパルスレー
ザ送信器、ゲートを有する高感度の複数のアレイカメラ
受信器、視野の拡大のための光学式スキャナ、システム
制御用のコンピュータ、自動目標物検知及び表示再生を
用いる機上画像ライダシステムに関する。米国特許出願
第 ５６５，６３１号は、特定された目標物のために後
方散乱する媒体（例えば、水）の大きな体積を素早く探
知するための手段を提供し、従来技術の装置をもとに、
（多重レーザの同時操作により）各々のレーザパルスの
エネルギを増強し、多重カメラを用いて検知システムの
感度を高め、その結果、装置の性能を向上させる。単一
レーザパルスで異なる範囲のゲートを画像化するため複
数のカメラが使用される。あるいは、複数のカメラは同
時にゲートされ、雑音レベルを低減し感度を高めるよう
に平均化された独立した映像を提供する。これらの改善
により、より高い信号対雑音比を得、より高い検知確率
、又はより広い範囲の深度能力を得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述された画像ライダ
システムは意図された目的に良く適するが、後方散乱す
る媒体により覆われた目標物、特に、水中の目標物の画
像化に於いて操作精度及び効果が改良されるこのタイプ
の画像ライダシステムが必要とされてきた。知られた画
像ライダシステムの１つの大きな問題は、利用し得るレ
ーザエネルギが比較的不十分にしか利用されないことで
ある。送信器として現在用いられるれレーザはしばしば
数マイクロセカンドの時間に亘り励起され、最大限のエ
ネルギ抽出がフリーレーザ発振（ｌａｓｅ ｆｒｅｅ
ｌｙ）で行われる。この“フリーレーザ発振”は波長が
数マイクロセカンドのパルスを発する。これらのパルス
は短いパルスが必要とされる画像ライダシステムに用い
るにはあまりにも長すぎる。その結果、上述されたタイ
プの画像ライダシステムはＱ−スイッチを用いる必要が
ある。フリーレーザ発振の場合は利用可能なエネルギー
の数分の１のみが単一パルスで再生され、対象領域の照
射に用いられる光を大幅に減少させる。
システムは意図された目的に良く適するが、後方散乱す
る媒体により覆われた目標物、特に、水中の目標物の画
像化に於いて操作精度及び効果が改良されるこのタイプ
の画像ライダシステムが必要とされてきた。知られた画
像ライダシステムの１つの大きな問題は、利用し得るレ
ーザエネルギが比較的不十分にしか利用されないことで
ある。送信器として現在用いられるれレーザはしばしば
数マイクロセカンドの時間に亘り励起され、最大限のエ
ネルギ抽出がフリーレーザ発振（ｌａｓｅ ｆｒｅｅ
ｌｙ）で行われる。この“フリーレーザ発振”は波長が
数マイクロセカンドのパルスを発する。これらのパルス
は短いパルスが必要とされる画像ライダシステムに用い
るにはあまりにも長すぎる。その結果、上述されたタイ
プの画像ライダシステムはＱ−スイッチを用いる必要が
ある。フリーレーザ発振の場合は利用可能なエネルギー
の数分の１のみが単一パルスで再生され、対象領域の照
射に用いられる光を大幅に減少させる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来技術の上述された論
議、その他の欠陥、及び欠点は、特に、水中映像によく
適したマルチパルス多重ゲートシステム又は多重カメラ
を使用する本発明の画像ライダシステムにより解決され
、又は緩和される。
議、その他の欠陥、及び欠点は、特に、水中映像によく
適したマルチパルス多重ゲートシステム又は多重カメラ
を使用する本発明の画像ライダシステムにより解決され
、又は緩和される。
【０００８】本発明の画像ライダシステムは、レーザ送
信器及びゲートカメラ、又は多重カメラから成る。特に
、このライダシステムはカメラ（例えばＣＣＤカメラ）
の単一フレーム上に累積的に照射するために放電フラッ
シュランプ（その他手段）の励起外囲器内で操作するマ
ルチパルスＱ−スイッチレーザを使用し、単一カメラは
反復的にゲートされ、各々のパルスは同一の深度で“観
測”される。すなわちゲートカメラは海中の同一の照射
された領域を観測する。シーケンスはレーザパルス反復
速度であり且つカメラフレーム速度である周波数で反復
される。その結果、エネルギはレーザがフラッシュラン
ンプにより励起されている間、急速なＱ−スイッチング
により短い（１ナノセカンドから１０ナノセカンド）パ
ルスの形でレーザから抽出れる。本発明は、このように
これらの短いパルスの形でレーザから最大限のエネルギ
を抽出する技術を提供する。
信器及びゲートカメラ、又は多重カメラから成る。特に
、このライダシステムはカメラ（例えばＣＣＤカメラ）
の単一フレーム上に累積的に照射するために放電フラッ
シュランプ（その他手段）の励起外囲器内で操作するマ
ルチパルスＱ−スイッチレーザを使用し、単一カメラは
反復的にゲートされ、各々のパルスは同一の深度で“観
測”される。すなわちゲートカメラは海中の同一の照射
された領域を観測する。シーケンスはレーザパルス反復
速度であり且つカメラフレーム速度である周波数で反復
される。その結果、エネルギはレーザがフラッシュラン
ンプにより励起されている間、急速なＱ−スイッチング
により短い（１ナノセカンドから１０ナノセカンド）パ
ルスの形でレーザから抽出れる。本発明は、このように
これらの短いパルスの形でレーザから最大限のエネルギ
を抽出する技術を提供する。
【０００９】本発明は、フレームカメラの急速なゲーテ
ィングを可能にするため、一連の急速に生じるパルスに
よる海中の所定体積の照射は累積的な効果を与えること
ができ、このため対照領域を覆う利用可能な照射を効果
的に増大させる。
ィングを可能にするため、一連の急速に生じるパルスに
よる海中の所定体積の照射は累積的な効果を与えること
ができ、このため対照領域を覆う利用可能な照射を効果
的に増大させる。
【００１０】操作の第２様式は、得られたフレームを組
み合わせる（加える）か、又は視界を減少させてフレー
ムは加えられずに米国特許第 ４，８６２，２５７号の
如く個別に処理されて、米国特許第 ４，９６７，２７
０号の如く多重カメラを使用する。
み合わせる（加える）か、又は視界を減少させてフレー
ムは加えられずに米国特許第 ４，８６２，２５７号の
如く個別に処理されて、米国特許第 ４，９６７，２７
０号の如く多重カメラを使用する。
【００１１】典型的には、チタニウムーサファイアレー
ザに於いて、フラッシュランプ放電の各々個々の期間で
単一パルス（１０ナノセカンドから３０ナノセカンド）
をＱ−スイッチングで発生させることでエネルギ抽出の
０．２％の効率を生ずる。（本発明に従い）マルチパル
スが同一の放電サイクルでスイッチングにより生ずると
、エネルギ抽出は、レーザロッド励起が減退するレーザ
出力パルス間の利用しうる時間が遥かに少ないために比
較的効果的であり、２％を越える効率が達成される。 この同一の現象は、放電又は励起時間が比較的長く、パ
ルス時間が短いその他のタイプのレーザにも当てはまる
。
ザに於いて、フラッシュランプ放電の各々個々の期間で
単一パルス（１０ナノセカンドから３０ナノセカンド）
をＱ−スイッチングで発生させることでエネルギ抽出の
０．２％の効率を生ずる。（本発明に従い）マルチパル
スが同一の放電サイクルでスイッチングにより生ずると
、エネルギ抽出は、レーザロッド励起が減退するレーザ
出力パルス間の利用しうる時間が遥かに少ないために比
較的効果的であり、２％を越える効率が達成される。 この同一の現象は、放電又は励起時間が比較的長く、パ
ルス時間が短いその他のタイプのレーザにも当てはまる
。
【００１２】海中の大きな深度に於いて遭遇する雑音は
相関関係がない。従って、夜間に太陽光線がなく、４つ
のゲート及び４つのマイクロパルスを使用すると信号対
雑音比（Ｓ／Ｎ）を（４）１／２＝２のファクタで増大
させる。日中は、太陽光線光電流が、一定の雑音源とし
て存在し、各々のマイクロパルス及びゲートからの信号
に於ける雑音の存在は、関連性が高い。しかしながら、
海からの最も強い太陽雑音源は、海洋表面の波及び波間
の谷からの反射である。光雑音の規模は小さい。通常の
条件でせいぜい、長さ約３から６フィートであり、幅１
又は２フィートを越えない。第２番目の雑音源は深海か
ら後方散乱された光からの集積された上昇流である。こ
れらの２つの雑音源は緩衝フィルターを使用することで
多く減少されるが、そのような受け入れ帯域幅は、約２
ナノメータから３ナノメータのみに制限される。しかし
ながら、太陽光線の存在中にそのようなフィルタを使用
することで多くの太陽雑音を排除する。海洋表面の活動
による太陽光線の反射及び、集光及び散乱は、“寄せ集
め”の雑音領域を生みだし、目標物検知へのそれらの影
響はもちろん映像化される目標物の大きさ及び数に依存
する。この実施例に於けるこの種の雑音に対する高い相
関関係の理由は、太陽雑音のアーチファクトに対する時
間フレームは波の活動により決定されることである。数
マイクロセカンドのゲーティング時間中には、該アーチ
ファクトは“凍結”している。０．１から１０秒の時間
規模で通常生ずる海中の大きな変化はこれらの非常に短
いフレーム間隔で記録するにはあまりにも遅い。
相関関係がない。従って、夜間に太陽光線がなく、４つ
のゲート及び４つのマイクロパルスを使用すると信号対
雑音比（Ｓ／Ｎ）を（４）１／２＝２のファクタで増大
させる。日中は、太陽光線光電流が、一定の雑音源とし
て存在し、各々のマイクロパルス及びゲートからの信号
に於ける雑音の存在は、関連性が高い。しかしながら、
海からの最も強い太陽雑音源は、海洋表面の波及び波間
の谷からの反射である。光雑音の規模は小さい。通常の
条件でせいぜい、長さ約３から６フィートであり、幅１
又は２フィートを越えない。第２番目の雑音源は深海か
ら後方散乱された光からの集積された上昇流である。こ
れらの２つの雑音源は緩衝フィルターを使用することで
多く減少されるが、そのような受け入れ帯域幅は、約２
ナノメータから３ナノメータのみに制限される。しかし
ながら、太陽光線の存在中にそのようなフィルタを使用
することで多くの太陽雑音を排除する。海洋表面の活動
による太陽光線の反射及び、集光及び散乱は、“寄せ集
め”の雑音領域を生みだし、目標物検知へのそれらの影
響はもちろん映像化される目標物の大きさ及び数に依存
する。この実施例に於けるこの種の雑音に対する高い相
関関係の理由は、太陽雑音のアーチファクトに対する時
間フレームは波の活動により決定されることである。数
マイクロセカンドのゲーティング時間中には、該アーチ
ファクトは“凍結”している。０．１から１０秒の時間
規模で通常生ずる海中の大きな変化はこれらの非常に短
いフレーム間隔で記録するにはあまりにも遅い。
【００１３】他の太陽雑音源は、高い反射性のある砂底
などの表面からの下降流の太陽輻射の反射である。この
雑音は最も相関性が低い。
などの表面からの下降流の太陽輻射の反射である。この
雑音は最も相関性が低い。
【００１４】ゲートにレーザ送信器を放電させる前（又
は後）で、マイクロパルス事象の数とこれらの各々のゲ
ートの数の積に等しい時間でカメラゲートを開くことに
より太陽光電流の相関関係のある雑音源を最小にするこ
とができる。４つのマイクロパルスと２０ナノセカンド
持続の４つのゲートがある場合、カメラは最初に（又は
引き続き）８０ナノセカンドの間開いたままである。 （本譲受人に譲渡され、参考文献として本明細書に記載
される）１９９０年１２月７日出願の米国特許出願第
４４７，２０９号に記載される方法に引き続き、この様
に得られた信号は格納され、ＣＣＤアレイで蓄積された
信号から減算される。この方法で相関関係のある雑音の
影響は除去される。
は後）で、マイクロパルス事象の数とこれらの各々のゲ
ートの数の積に等しい時間でカメラゲートを開くことに
より太陽光電流の相関関係のある雑音源を最小にするこ
とができる。４つのマイクロパルスと２０ナノセカンド
持続の４つのゲートがある場合、カメラは最初に（又は
引き続き）８０ナノセカンドの間開いたままである。 （本譲受人に譲渡され、参考文献として本明細書に記載
される）１９９０年１２月７日出願の米国特許出願第
４４７，２０９号に記載される方法に引き続き、この様
に得られた信号は格納され、ＣＣＤアレイで蓄積された
信号から減算される。この方法で相関関係のある雑音の
影響は除去される。
【００１５】同様の技術が米特許第 ４，８６２，２５
７号に於いて記載される如く画像化する異なるゲートに
適用され得る。この配列に於いて目標物は反射状態で画
像化され、次にゲートは即座に目標物の下に設定され（
即ち境界線）、そして目標物は不鮮明な状態で画像化さ
れる。不鮮明な目標物のフレームは、反射された目標物
のフレームから減算される。この減算は目標物からの反
射を残し後方散乱し且つ相関の性ある雑音を減算する。 この技術は２つの異なる深度での画像化を必要とし、カ
メラ利得調整エラーが起こり得る。
７号に於いて記載される如く画像化する異なるゲートに
適用され得る。この配列に於いて目標物は反射状態で画
像化され、次にゲートは即座に目標物の下に設定され（
即ち境界線）、そして目標物は不鮮明な状態で画像化さ
れる。不鮮明な目標物のフレームは、反射された目標物
のフレームから減算される。この減算は目標物からの反
射を残し後方散乱し且つ相関の性ある雑音を減算する。 この技術は２つの異なる深度での画像化を必要とし、カ
メラ利得調整エラーが起こり得る。
【００１６】最後に、２つの色彩減算技術を使用するこ
とが可能である。米国特許第 ４４７，２０９号に開示
されている様に、この技術は、目標物及び包囲する媒体
の後方散乱特性がスペクトル依存性を有する時のみ作用
する。この方法を用いて、２つの波長の下方方向の減衰
がほぼ同一であるようにＪｅｒｌｏｖ曲線の両側に２つ
の波長を合わせる必要が有り、表面に於ける光反射のス
ペクトル依存性も又考慮する必要がある。関連した太陽
光電流の完全な減算は（小さい）依存性を必要とする。 これは、２つの深度技術と組合わされる。目標物と後方
散乱強度の波長依存性は異なるため、減算処理は残留画
像を残す。これは、本発明による更に別の実施例を示す
。
とが可能である。米国特許第 ４４７，２０９号に開示
されている様に、この技術は、目標物及び包囲する媒体
の後方散乱特性がスペクトル依存性を有する時のみ作用
する。この方法を用いて、２つの波長の下方方向の減衰
がほぼ同一であるようにＪｅｒｌｏｖ曲線の両側に２つ
の波長を合わせる必要が有り、表面に於ける光反射のス
ペクトル依存性も又考慮する必要がある。関連した太陽
光電流の完全な減算は（小さい）依存性を必要とする。 これは、２つの深度技術と組合わされる。目標物と後方
散乱強度の波長依存性は異なるため、減算処理は残留画
像を残す。これは、本発明による更に別の実施例を示す
。
【００１７】
【実施例】上述の論議、本発明の特徴及び利点は以下の
詳細な記載及び図面によりこの分野の当業者により評価
され、理解される。
詳細な記載及び図面によりこの分野の当業者により評価
され、理解される。
【００１８】一般的に、又は米国特許第 ４，８６２，
２５７号、第 ４，９６４，７２１号、 ４，９６７，
２７０号、及び米国特許出願第 ５６５，６３１号を参
照すると、画像ライダシステムは、少なくとも１つのゲ
ート受信器（例えば、ＣＣＤカメラ）に接続されている
少なくとも一つの光パルス送信器から成る。送信器は、
物体及び目標物に向けて後方散乱する媒体を介してパル
ス光を送信する。目標物から反射されるか、又は後方散
乱された光は、次にゲート受信器により画像化される。
２５７号、第 ４，９６４，７２１号、 ４，９６７，
２７０号、及び米国特許出願第 ５６５，６３１号を参
照すると、画像ライダシステムは、少なくとも１つのゲ
ート受信器（例えば、ＣＣＤカメラ）に接続されている
少なくとも一つの光パルス送信器から成る。送信器は、
物体及び目標物に向けて後方散乱する媒体を介してパル
ス光を送信する。目標物から反射されるか、又は後方散
乱された光は、次にゲート受信器により画像化される。
【００１９】本発明によれば、エネルギは約１マイクロ
セカンドから２マイクロセカンド毎に時間に分離された
一連のＱ−スイッチパルスでレーザ（送信器）から抽出
される。各レーザパルスの出発時に、カメラゲートはセ
ットされ、従って、カメラは、各々のパルスが同一の体
積を通過すると、各々のパルスの反射されるか又は、後
方散乱された光を観測する。これらの工程の時間規模は
、海や目標物に関連する動作よりもはるかに短いため、
観測される領域は、一連のＱ−スイッチパルスにより照
射されている間、実質的に“凍結”される。マイクロセ
カンドのパルス分離により、カメラが再度ゲートされる
前に、先行するパルスの散乱され且つ反射された光が消
散され得、次のパルスが送信される前に、先行するパル
スにより照射された領域の映像に関わるゲーティングが
完了され得る（即ち、ゲートが閉鎖される）。この工程
の間に発生された光電子がＣＣＤ画像装置（受信器）に
蓄積する。レーザが放出され、すべてのＱ−スイッチパ
ルスが送信されると、ＣＣＤ画像装置は、個別の電荷を
順次伝送ラインに送信し、そこで“読み出され”ビデオ
画面に集められる。図４の多重カメラに於いて、各々別
々のカメラは、所定のパルスが画像化されるべき体積に
入ると、同期してゲートされる。別々のカメラが異なる
パルスに対して異なる深さを画像化し得る他の実施例も
可能であるが、異なる深さの画像化は、いくつかのカメ
ラ及び１つのパルスによっても行い得るであろう。同様
に、いくつかの領域は多重ゲートカメラにより画像化さ
れ得るが、これは、単に、２つ以上のカメラを用いる第
１の実施例を簡単に実施すればよい。Ｑ−スイッチパル
ス列は、約１マイクロセカンドから２マイクロセカンド
離れて、出現するため、一連のこのようなパルスの期間
にレーザの方向を変えることは、実際的ではない。
セカンドから２マイクロセカンド毎に時間に分離された
一連のＱ−スイッチパルスでレーザ（送信器）から抽出
される。各レーザパルスの出発時に、カメラゲートはセ
ットされ、従って、カメラは、各々のパルスが同一の体
積を通過すると、各々のパルスの反射されるか又は、後
方散乱された光を観測する。これらの工程の時間規模は
、海や目標物に関連する動作よりもはるかに短いため、
観測される領域は、一連のＱ−スイッチパルスにより照
射されている間、実質的に“凍結”される。マイクロセ
カンドのパルス分離により、カメラが再度ゲートされる
前に、先行するパルスの散乱され且つ反射された光が消
散され得、次のパルスが送信される前に、先行するパル
スにより照射された領域の映像に関わるゲーティングが
完了され得る（即ち、ゲートが閉鎖される）。この工程
の間に発生された光電子がＣＣＤ画像装置（受信器）に
蓄積する。レーザが放出され、すべてのＱ−スイッチパ
ルスが送信されると、ＣＣＤ画像装置は、個別の電荷を
順次伝送ラインに送信し、そこで“読み出され”ビデオ
画面に集められる。図４の多重カメラに於いて、各々別
々のカメラは、所定のパルスが画像化されるべき体積に
入ると、同期してゲートされる。別々のカメラが異なる
パルスに対して異なる深さを画像化し得る他の実施例も
可能であるが、異なる深さの画像化は、いくつかのカメ
ラ及び１つのパルスによっても行い得るであろう。同様
に、いくつかの領域は多重ゲートカメラにより画像化さ
れ得るが、これは、単に、２つ以上のカメラを用いる第
１の実施例を簡単に実施すればよい。Ｑ−スイッチパル
ス列は、約１マイクロセカンドから２マイクロセカンド
離れて、出現するため、一連のこのようなパルスの期間
にレーザの方向を変えることは、実際的ではない。
【００２０】図１を参照すると、パワー・エネルギ出力
は、フリーレージング及びＱ−スイッチモード於ける代
表的なレーザ（例えばチタニウム・サファイア）に対し
示され、ピークパワーＰ及びピークエネルギＥが時間に
対しプロットされている。Ｑ−スイッチパルスのピーク
パワーがフリーレージングのピークパワーよりも大きい
場合を除いて、縦座標Ｐ及びＥは、計測用では無く照射
用の目的のためのみである。フリーレージングの曲線１
０は、数マイクロセカンドの期間に亘り徐々に上昇し、
そして下降する。投射される光へのエネルギ転換は最適
化されるが、現在知られている画像化ライダにとっては
長すぎるパルスが発生される。又、そのような長いパル
スには、レージングとその他の発光減衰過程との間に競
合があり、比較的長い時間に亘って光として抽出され得
るエネルギを制限する。パルススライシング及びパルス
チョッピングの効果は、影をつけた領域１２に示され、
そこでは、この実施のための最大限の実際的なパルスは
約２５０ナノセカンドである。影の付いたこの領域は、
画像化されるべき領域に利用され得る照射を示す。フリ
ーレージングからの利用し得るエネルギが大幅に減少す
るだけでなく、パルスの比較的低いパワーは、太陽光線
のような外界の雑音の影響を増大することが分かる。
は、フリーレージング及びＱ−スイッチモード於ける代
表的なレーザ（例えばチタニウム・サファイア）に対し
示され、ピークパワーＰ及びピークエネルギＥが時間に
対しプロットされている。Ｑ−スイッチパルスのピーク
パワーがフリーレージングのピークパワーよりも大きい
場合を除いて、縦座標Ｐ及びＥは、計測用では無く照射
用の目的のためのみである。フリーレージングの曲線１
０は、数マイクロセカンドの期間に亘り徐々に上昇し、
そして下降する。投射される光へのエネルギ転換は最適
化されるが、現在知られている画像化ライダにとっては
長すぎるパルスが発生される。又、そのような長いパル
スには、レージングとその他の発光減衰過程との間に競
合があり、比較的長い時間に亘って光として抽出され得
るエネルギを制限する。パルススライシング及びパルス
チョッピングの効果は、影をつけた領域１２に示され、
そこでは、この実施のための最大限の実際的なパルスは
約２５０ナノセカンドである。影の付いたこの領域は、
画像化されるべき領域に利用され得る照射を示す。フリ
ーレージングからの利用し得るエネルギが大幅に減少す
るだけでなく、パルスの比較的低いパワーは、太陽光線
のような外界の雑音の影響を増大することが分かる。
【００２１】単一のＱ−スイッチパルス１４が示される
（図１）。レーザが励起される時間区間内のエネルギ抽
出は、比較的有効であることが分かる。しかしながら、
ピークパワーが大きくても、パルスエネルギ抽出は、フ
リーレーザパルスのエネルギの何分の１のみである。単
一パルス１４から開始するＱ−スイッチパルス列１６が
図１に示される。全体としてのこれらのパルスにより約
５０％もフリーレージングパルス１０より効果的である
全体のエネルギ抽出が行われる。それらのピークパワー
は、太陽やその他の雑音源に対抗し画像化すべき領域を
より良く照射する。
（図１）。レーザが励起される時間区間内のエネルギ抽
出は、比較的有効であることが分かる。しかしながら、
ピークパワーが大きくても、パルスエネルギ抽出は、フ
リーレーザパルスのエネルギの何分の１のみである。単
一パルス１４から開始するＱ−スイッチパルス列１６が
図１に示される。全体としてのこれらのパルスにより約
５０％もフリーレージングパルス１０より効果的である
全体のエネルギ抽出が行われる。それらのピークパワー
は、太陽やその他の雑音源に対抗し画像化すべき領域を
より良く照射する。
【００２２】図２ａを参照すると、本発明によるパルス
レーザ送信器１８のためのＱ−スイッチモードで作動す
る主共振器及びパワー増幅器が示される。（これは、一
般に“ＭＯＰＡ”配列と呼ばれる）。送信器１８は、フ
ラッシュランプ２４により励起されるレーザ主共振器ロ
ッド２０，パワー増幅器ロッド２２と出口ポート２７に
隣接する調波発生器２５を含む。フラッシュランプ２４
は、フラッシュランプのための所望の電圧及びキロボル
トアンペア定格を有する電源出力２６によりパルス化さ
れる。主共振器キャビティは、熱可変レンズを補償する
ため凹面である後方反射鏡２８及び出力カップラ３０に
より結合される。ポッケルスセルＱ−スイッチ３２は、
所望の数の短いＱ−スイッチパルスの形成を開始するト
リガパルス入力３４により作動される。この入力トリガ
３４はゲートトリガ３６に連結され、このゲートトリガ
は画像化すべき深度に対応するゲートを提供する。この
ゲーティングはタイミングを取られ、Ｑ−スイッチパル
スの伝送に同期し、そのためカメラは、各々の伝送され
た光パルスが海を通過する間同一の照射された領域を画
像化する。
レーザ送信器１８のためのＱ−スイッチモードで作動す
る主共振器及びパワー増幅器が示される。（これは、一
般に“ＭＯＰＡ”配列と呼ばれる）。送信器１８は、フ
ラッシュランプ２４により励起されるレーザ主共振器ロ
ッド２０，パワー増幅器ロッド２２と出口ポート２７に
隣接する調波発生器２５を含む。フラッシュランプ２４
は、フラッシュランプのための所望の電圧及びキロボル
トアンペア定格を有する電源出力２６によりパルス化さ
れる。主共振器キャビティは、熱可変レンズを補償する
ため凹面である後方反射鏡２８及び出力カップラ３０に
より結合される。ポッケルスセルＱ−スイッチ３２は、
所望の数の短いＱ−スイッチパルスの形成を開始するト
リガパルス入力３４により作動される。この入力トリガ
３４はゲートトリガ３６に連結され、このゲートトリガ
は画像化すべき深度に対応するゲートを提供する。この
ゲーティングはタイミングを取られ、Ｑ−スイッチパル
スの伝送に同期し、そのためカメラは、各々の伝送され
た光パルスが海を通過する間同一の照射された領域を画
像化する。
【００２３】図２ｂを参照すると、本発明によるＣＣＤ
画像カメラが概略的に４０に示される。光４２は、カメ
ラ４０に入り集光レンズ４４及び光ファイバ４６を通過
し光電面４８に到着する。光電面４８に生じた電子は、
次に加速され極小チャネル板５０を通過し燐光性板５２
にぶつかる。この工程が実施され得る時間は、ゲートパ
ルス５４により決定される。燐光性板５２で発生された
光は、ＣＣＤアレイ５６に伝送され、光ファイバ束５８
を通過する。ＣＣＤアレイに於ける各々の要素は“画素
”、又は画像領域の単位である。このＣＣＤアレイは、
このＣＣＤアレイに伝送された伝送パルス６０として知
られている信号によりその電荷を排出する。このパルス
は従来のライダシステム（米国特許 ４，８６２，２５
７号参照）に於けるようにフラッシュランプの放電に同
期され、各々のＱ−スイッチパルスの後の遅延の挿入後
に引き続いて発生する。従って、所定パルス列に於ける
各々のＱ−スイッチレーザパルスの伝送とカメラゲート
との間の遅延が一定である。各々の個別のＱスイッチパ
ルス列がＣＣＤアレイに画像化すべき領域の多重照射を
表す電荷を集めるための時間を与えた後にＣＣＤアレイ
は電荷を排出する。ＣＣＤアレイ５６からの信号は伝送
ライン６２に沿って伝送ライン読取り６４に伝送され、
次にビデオ画面に６６に、所望であれば、記録装置６８
等に伝送される。
画像カメラが概略的に４０に示される。光４２は、カメ
ラ４０に入り集光レンズ４４及び光ファイバ４６を通過
し光電面４８に到着する。光電面４８に生じた電子は、
次に加速され極小チャネル板５０を通過し燐光性板５２
にぶつかる。この工程が実施され得る時間は、ゲートパ
ルス５４により決定される。燐光性板５２で発生された
光は、ＣＣＤアレイ５６に伝送され、光ファイバ束５８
を通過する。ＣＣＤアレイに於ける各々の要素は“画素
”、又は画像領域の単位である。このＣＣＤアレイは、
このＣＣＤアレイに伝送された伝送パルス６０として知
られている信号によりその電荷を排出する。このパルス
は従来のライダシステム（米国特許 ４，８６２，２５
７号参照）に於けるようにフラッシュランプの放電に同
期され、各々のＱ−スイッチパルスの後の遅延の挿入後
に引き続いて発生する。従って、所定パルス列に於ける
各々のＱ−スイッチレーザパルスの伝送とカメラゲート
との間の遅延が一定である。各々の個別のＱスイッチパ
ルス列がＣＣＤアレイに画像化すべき領域の多重照射を
表す電荷を集めるための時間を与えた後にＣＣＤアレイ
は電荷を排出する。ＣＣＤアレイ５６からの信号は伝送
ライン６２に沿って伝送ライン読取り６４に伝送され、
次にビデオ画面に６６に、所望であれば、記録装置６８
等に伝送される。
【００２４】図３を参照すると、レーザ１８及びカメラ
４０の両者を含む完全なライダシステムの概略図が示さ
れる。このシステムに於いてＱ−スイッチパルス列がレ
ーザ送信器１８から発せられる。図３は５つのパルスの
うち第１番目のパルスが（残りの４つのパルスのうち３
つは７０で識別され、４番目のパルスは７１で識別され
る）画像化されるべき体積７２を通過し、体積７２内の
目標物が、ゲート信号７８のカメラ４０への到着と一致
してカメラ４０に到着する時を示している。３つのゲー
ト信号８０は伝送されるべく残っており、１つの信号８
２は伝送中である。Ｑ−スイッチのためのトリガパルス
７１もレーザ送信器１８に到着し、カメラゲートの閉鎖
直後に５つのＱ−スイッチパルス列の第２番目のパルス
が伝送され得る。第１パルスはすでにＱ−スイッチを誘
発し、レーザパルスが放射される。パルス発生器８４は
、合計５つのＱ−スイッチ内の３つのパルス７０を残す
。第５番目のＱ−スイッチパルスが伝送され、カメラが
第５番目の連続時間にゲートされると、電気的にフラッ
シュランプ２４を励起することにより電源が５つのパル
ス周期を再び開始するまで（図２ａ参照）、それ以上の
ゲートパルスは伝送されない。次の周期で、Ｑ−スイッ
チへの第１パルスの伝送は前述のようにゲート回路を作
動させるが、新しい周期では、カメラのために異なるゲ
ートが設定され得、従って異なる深度が画像化され得る
。パルス発生器８４と伝送ライン８６の初めのパルスの
存在は、説明のためのものであり、Ｑ−スイッチパルス
発生過程に於ける伝送される（又は伝送されていない）
所定数のパルス及び信号、並びに対応するゲート信号を
現す。
４０の両者を含む完全なライダシステムの概略図が示さ
れる。このシステムに於いてＱ−スイッチパルス列がレ
ーザ送信器１８から発せられる。図３は５つのパルスの
うち第１番目のパルスが（残りの４つのパルスのうち３
つは７０で識別され、４番目のパルスは７１で識別され
る）画像化されるべき体積７２を通過し、体積７２内の
目標物が、ゲート信号７８のカメラ４０への到着と一致
してカメラ４０に到着する時を示している。３つのゲー
ト信号８０は伝送されるべく残っており、１つの信号８
２は伝送中である。Ｑ−スイッチのためのトリガパルス
７１もレーザ送信器１８に到着し、カメラゲートの閉鎖
直後に５つのＱ−スイッチパルス列の第２番目のパルス
が伝送され得る。第１パルスはすでにＱ−スイッチを誘
発し、レーザパルスが放射される。パルス発生器８４は
、合計５つのＱ−スイッチ内の３つのパルス７０を残す
。第５番目のＱ−スイッチパルスが伝送され、カメラが
第５番目の連続時間にゲートされると、電気的にフラッ
シュランプ２４を励起することにより電源が５つのパル
ス周期を再び開始するまで（図２ａ参照）、それ以上の
ゲートパルスは伝送されない。次の周期で、Ｑ−スイッ
チへの第１パルスの伝送は前述のようにゲート回路を作
動させるが、新しい周期では、カメラのために異なるゲ
ートが設定され得、従って異なる深度が画像化され得る
。パルス発生器８４と伝送ライン８６の初めのパルスの
存在は、説明のためのものであり、Ｑ−スイッチパルス
発生過程に於ける伝送される（又は伝送されていない）
所定数のパルス及び信号、並びに対応するゲート信号を
現す。
【００２５】図４を参照すると、レーザ送信器８６と多
重カメラ８７、８８、９０を含む完全なライダシステム
の概略図を示す。解説のために、３つのカメラのみ示さ
れるが、実際に必要なだけのたくさんのカメラも使用さ
れ得る。このシステムに於いては、図３に見られるよう
にＱ−スイッチパルス列９３がレーザ送信器８６から発
せられる。図４は、パルス列の第１パルス９５が発せら
れ、目標物を照射し、反射してカメラ８７に戻り、１０
０で画像化され、コンピュータに引き渡すために記憶さ
れる時を表す。Ｑ−スイッチパルス列の二番目のパルス
９６が未だ見られる。第２番目のパルス９６はカメラ８
８にはいり、このカメラは信号１０９によりゲートがさ
れて、体積８９及び目標物９２の第２パルス照射を受け
とる。信号９３により誘発される更に多くのパルスは伝
送されるべくとどまる。カメラ８７を誘発するゲート信
号は伝送され受けとられる。体積８９を照射する第１パ
ルス９５の画像はカメラ８７、１００に記憶される。第
２パルス９６により照明された体積８９の反射は、今や
カメラ８８のゲートが信号を受けとり且つ体積８９の像
を生成するために開いて、カメラ８８にはいり、体積８
９の画像を作成する。伝送された光パルス列の反射は、
実際は、連続的である。境界線９７及び９８はカメラゲ
ートの設定のタイミング及び幅により決定されるところ
の、光パルスにより照射された領域の範囲及び場所を表
す。カメラゲートはこの領域がすべてのパルス及びすべ
てのカメラにとって同一であるように設定され、各々の
カメラは単一のＱ−スイッチ伝送レーザパルスにより体
積８９の照射を画像化する。トリガパルス９９は、レー
ザ送信器８６に到着することにより第３番目のパルスを
発生させる。パルスによる容積８９の照射は、第３番目
のカメラ９０により画像化される。後続の画像は、同様
の方法で補足カメラにより記録される。すべての画像１
００、１０１、１０２が記憶されると、放されて、コン
ピュータ１０５に伝送される。ここでは、これらの画像
が追加されメモリ１０６又は、ビデオ画面１０７に伝送
される。従来技術の単一パルス単一ゲート構成に比較す
ると、増強された信号対雑音比を有する画像が形成され
ることが明らかである。
重カメラ８７、８８、９０を含む完全なライダシステム
の概略図を示す。解説のために、３つのカメラのみ示さ
れるが、実際に必要なだけのたくさんのカメラも使用さ
れ得る。このシステムに於いては、図３に見られるよう
にＱ−スイッチパルス列９３がレーザ送信器８６から発
せられる。図４は、パルス列の第１パルス９５が発せら
れ、目標物を照射し、反射してカメラ８７に戻り、１０
０で画像化され、コンピュータに引き渡すために記憶さ
れる時を表す。Ｑ−スイッチパルス列の二番目のパルス
９６が未だ見られる。第２番目のパルス９６はカメラ８
８にはいり、このカメラは信号１０９によりゲートがさ
れて、体積８９及び目標物９２の第２パルス照射を受け
とる。信号９３により誘発される更に多くのパルスは伝
送されるべくとどまる。カメラ８７を誘発するゲート信
号は伝送され受けとられる。体積８９を照射する第１パ
ルス９５の画像はカメラ８７、１００に記憶される。第
２パルス９６により照明された体積８９の反射は、今や
カメラ８８のゲートが信号を受けとり且つ体積８９の像
を生成するために開いて、カメラ８８にはいり、体積８
９の画像を作成する。伝送された光パルス列の反射は、
実際は、連続的である。境界線９７及び９８はカメラゲ
ートの設定のタイミング及び幅により決定されるところ
の、光パルスにより照射された領域の範囲及び場所を表
す。カメラゲートはこの領域がすべてのパルス及びすべ
てのカメラにとって同一であるように設定され、各々の
カメラは単一のＱ−スイッチ伝送レーザパルスにより体
積８９の照射を画像化する。トリガパルス９９は、レー
ザ送信器８６に到着することにより第３番目のパルスを
発生させる。パルスによる容積８９の照射は、第３番目
のカメラ９０により画像化される。後続の画像は、同様
の方法で補足カメラにより記録される。すべての画像１
００、１０１、１０２が記憶されると、放されて、コン
ピュータ１０５に伝送される。ここでは、これらの画像
が追加されメモリ１０６又は、ビデオ画面１０７に伝送
される。従来技術の単一パルス単一ゲート構成に比較す
ると、増強された信号対雑音比を有する画像が形成され
ることが明らかである。
【００２６】ある日中の使用においては、太陽雑音が問
題になり得る。以下はその様な雑音を除去するための幾
つかの方法である。
題になり得る。以下はその様な雑音を除去するための幾
つかの方法である。
【００２７】相互関係のある太陽雑音を最小化するため
方法において、カメラはｎ個のゲートによりΔτナノセ
カンドの間隔でゲートされる。且つ、各々のゲートはレ
ーザマイクロパルスの送信に対応してゲートされる。伝
送器からすべてのマイクロパルスが発せられると、海中
の後方散乱、及び／又は目標物の反射及び陰が記録され
、カメラＣＣＤアレイに記録、記憶され、次に、伝送パ
ルスにより放される。放されるやいなや、蓄積された電
荷はビデオレジスタに記憶される。これに引き続き、カ
メラはｎΔτナノセカンドの最終ゲート露出でゲートを
開く。ここでは、ｎは画像化されたマイクロパルスの数
であり、Δτはマイクロパルスからの戻りを画像化する
のに対応したゲートの時間である。米国特許出願第４４
７、２０９号に開示されている方法は以下の通りである
。このパルスは極性が反転され、光メモリに留まる先の
画像化されたマイクロパルスの戻りの合計に“加算”さ
れる。太陽雑音を減少させるための更に別の技術に於い
て、最初のパルスは反射する目標物を画像化する。次の
パルスは第１の画像のすぐ下のレベルで画像化する。 この場合は、目標物は、“かげ”又は、不鮮明に画像化
される。第２の画像は、第１の画像から減算され、目標
物の反射は留まる、回りの後方散乱は最小化され、目標
物の反射を“ハイライト”として際立たせる。この技術
は詳細に米国特許第 ４，８６２，２５７号に記載され
る。
方法において、カメラはｎ個のゲートによりΔτナノセ
カンドの間隔でゲートされる。且つ、各々のゲートはレ
ーザマイクロパルスの送信に対応してゲートされる。伝
送器からすべてのマイクロパルスが発せられると、海中
の後方散乱、及び／又は目標物の反射及び陰が記録され
、カメラＣＣＤアレイに記録、記憶され、次に、伝送パ
ルスにより放される。放されるやいなや、蓄積された電
荷はビデオレジスタに記憶される。これに引き続き、カ
メラはｎΔτナノセカンドの最終ゲート露出でゲートを
開く。ここでは、ｎは画像化されたマイクロパルスの数
であり、Δτはマイクロパルスからの戻りを画像化する
のに対応したゲートの時間である。米国特許出願第４４
７、２０９号に開示されている方法は以下の通りである
。このパルスは極性が反転され、光メモリに留まる先の
画像化されたマイクロパルスの戻りの合計に“加算”さ
れる。太陽雑音を減少させるための更に別の技術に於い
て、最初のパルスは反射する目標物を画像化する。次の
パルスは第１の画像のすぐ下のレベルで画像化する。 この場合は、目標物は、“かげ”又は、不鮮明に画像化
される。第２の画像は、第１の画像から減算され、目標
物の反射は留まる、回りの後方散乱は最小化され、目標
物の反射を“ハイライト”として際立たせる。この技術
は詳細に米国特許第 ４，８６２，２５７号に記載され
る。
【００２８】最後に、太陽雑音を除去するするための更
に別の方法においては、米国特許出願第 ４４７，２０
９号に於いて記載されている方法が、太陽光線を拒絶す
るのに適用される。この実施例において、同一のマイク
ロパルスから２つのマイクロパルスが、発振器キャビテ
イ又は、発振器キャビテイに結合された外部共振器にお
いて、電気光学チューナにより周波数が偏移される。こ
れらの２つのパルスは、外に伝送され、画像化され、２
つの波長の狭帯域フィルタ通過して受けとられる。
に別の方法においては、米国特許出願第 ４４７，２０
９号に於いて記載されている方法が、太陽光線を拒絶す
るのに適用される。この実施例において、同一のマイク
ロパルスから２つのマイクロパルスが、発振器キャビテ
イ又は、発振器キャビテイに結合された外部共振器にお
いて、電気光学チューナにより周波数が偏移される。こ
れらの２つのパルスは、外に伝送され、画像化され、２
つの波長の狭帯域フィルタ通過して受けとられる。
【００２９】相関する太陽雑音を除去する重りファクタ
を用いて、画像が減算される。不鮮明又は、陰の目標物
の画像は残存する。
を用いて、画像が減算される。不鮮明又は、陰の目標物
の画像は残存する。
【００３０】本発明のライダシステムは任意の数のレー
ザ及び任意の所望の数のカメラ受信器を増幅制御器及び
タイミングシェーマと共に用いられることが分かるであ
ろう。ここに開示されている送信レーザは、改善された
深海伝送用の可視光スペクトル（４４０ー４８０ｎｍ）
の青色領域に於ける伝送のために倍加されたチタニウム
サファイア周波数である。
ザ及び任意の所望の数のカメラ受信器を増幅制御器及び
タイミングシェーマと共に用いられることが分かるであ
ろう。ここに開示されている送信レーザは、改善された
深海伝送用の可視光スペクトル（４４０ー４８０ｎｍ）
の青色領域に於ける伝送のために倍加されたチタニウム
サファイア周波数である。
【００３１】本発明は、フラッシュランプの励起時間の
長さにより、エネルギが、短い高エネルギパルスとして
簡単に抽出され得ない任意のレーザシステムにも適合す
る。前述の記載より、ライダ画像システムは海中目標物
を画像化する能力が改善され、より良い信号対雑音比及
び検知可能性を提供することが明らかである。
長さにより、エネルギが、短い高エネルギパルスとして
簡単に抽出され得ない任意のレーザシステムにも適合す
る。前述の記載より、ライダ画像システムは海中目標物
を画像化する能力が改善され、より良い信号対雑音比及
び検知可能性を提供することが明らかである。
【００３２】好適な実施例が示され、記載されてきたが
、種々の変形及び代用が本発明の精神及び範囲を逸脱す
ること無くなされ得る。従って、本発明は、制限のため
ではなく、説明のために記載される。
、種々の変形及び代用が本発明の精神及び範囲を逸脱す
ること無くなされ得る。従って、本発明は、制限のため
ではなく、説明のために記載される。
【図１】フリーレージング及びＱ−スイッチモードのレ
ーザの出力を現したグラフである。
ーザの出力を現したグラフである。
【図２ａ】本発明の画像ライダシステムに用いられるレ
ーザ送信器の概略側面図である。
ーザ送信器の概略側面図である。
【図２ｂ】本発明のライダシステムに使用されるゲート
が閉じられたカメラ受信器の概略側面図である。
が閉じられたカメラ受信器の概略側面図である。
【図３】海中に沈む物体を画像化する本発明の単一カメ
ラ画像ライダシステムの概略図である。
ラ画像ライダシステムの概略図である。
【図４】フレームを追加して同一の海面下の体積を画像
化する本発明の多重カメラ画像ライダシステムの概略図
である。
化する本発明の多重カメラ画像ライダシステムの概略図
である。
１８ パルスレーザ送信器
１９ レーザ主共振器ロッド
２４ フラッシュランプ
３２ ポッケルスセルＱ−スイッチ
４０ ＣＣＤ画像カメラ
６０ 伝送パルス
７２ 体積
７４ 目標物
８０ ゲート信号
８６ レーザ送信器
８７、８８、９０ 多重カメラ
９２ 目標物
１０５ コンピュータ
Claims (29)
- 【請求項１】 少なくとも部分的に光を伝え後方散乱
する媒体により包まれる物体を検知及び画像化する方法
であって、予め選択されたレーザパルス速度でレーザか
らの短い光パルスを前記レーザの単一励起周期で反復的
に発生させる段階と、前記後方散乱する媒体に向かって
、前記後方散乱する媒体により包まれた物体に、前記反
復的に発生された短い光パルスを投射する段階と、前記
予め選択されたレーザパルス速度と同一である予め選択
されたゲート速度で反復的にゲートされ、実質的に同一
の深度で各々の反射されたレーザパルスを観測するゲー
トカメラを用いて前記物体から後方に反射される前記光
パルスを検知する段階と、単一のカメラフレーム上に前
記検知された光パルスの少なくともいくつかを集積する
段階と、前記検知され集積された光パルスを前記物体の
ビデオ画像に変換する段階とを含むことを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 前記予め選択された速度が１マイクロ
セカンドから２マイクロセカンドであることを特徴とす
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記レーザがフラッシュランプ放電手
段を含み、前記パルスはＱ−スイッチにより発生され、
前記フラッシュランプの放電手段の励起外囲器内で反復
的にＱ−スイッチングを行う段階を含むことを特徴とす
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 少なくとも部分的に光を伝える後方散
乱する媒体により包まれる物体を検知及び画像化する方
法であって、光パルス発生器、及び後方散乱反射を検知
するための反射光パルス検出手段を含む画像ライダ装置
を用い、前記パルス発生手段は複数の励起周期を有する
レーザを備え、前記レーザから抽出される前記エネルギ
を増大させるように単一の励起周期で短い光パルスを反
復的に発生する段階を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項５】 前記発生された光パルスに同期して反
復的に前記光パルス検知手段のゲートの閉鎖を行う段階
を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記光パルス検知手段はカメラを含み
、前記物体の照度を増大させるように前記カメラの単一
カメラフレーム上に、単一励起周期からの前記検知され
た光パルスの少なくともいくつかを集積する段階を含む
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記レーザがフラッシュランプ放電手
段を含み、前記パルスはＱ−スイッチにより発生され、
前記フラッシュランプ放電手段の励起外囲器内で反復的
にＱ−スイッチングを行う段階を含むことを特徴とする
請求項４に記載の方法。 - 【請求項８】 前記予め選択された速度は１マイクロ
セカンドから２マイクロセカンドであることを特徴とす
る請求項４に記載の方法。 - 【請求項９】 前記ゲートカメラは予め選択された時
間で反復的にゲートされ、前記方法は、反復的に前記カ
メラをゲートする段階の前又は後の前記予め選択された
時間で、カメラをゲートし、雑音信号が得られる段階と
、前記雑音信号を格納する段階と、太陽雑音を軽減する
ため検知され集積された光パルスから前記雑音信号を減
算する段階とを含むことを特徴とする請求項６に記載の
方法。 - 【請求項１０】 前記カメラのゲーティングが、反射
状態の物体の第１の集積された画像と、不鮮明な状態の
物体の第２の集積された画像とを規定するために異なる
２つの深度で反復的に行われ、太陽雑音を軽減するため
に前記第１及び第２の集積された画像を減算する段階を
含むことを特徴とする請求項６に記載のの方法。 - 【請求項１１】 前記短い光パルスの各々は第１の波
長を有する第１のマイクロパルスと第２の波長を有する
第２のマイクロパルスとに分離され、前記第１及び第２
の波長は相互に異なり、前記第１波長の第１の集積され
た画像を得る段階と、前記第２の波長の第２の集積され
た画像を得る段階と、前記第１及び第２の集積された画
像を減算する段階とを含むことを特徴とする請求項６に
記載の方法。 - 【請求項１２】 少なくとも部分的に光を伝える後方
散乱する媒体により包まれる物体を検知及び画像化する
装置であって、予め選択されたレーザパルス速度で短い
光パルスを反復的にレーザ手段の単一励起周期で発生す
るレーザの発生する前記レーザ手段と、前記後方散乱す
る媒体に向かって、前記後方散乱する媒体により包まれ
た物体に、前記反復的に発生された短い光パルスを投射
する手段と、前記予め選択されたレーザパルス速度と同
じ予め選択されたゲート速度で反復的にゲートされ、実
質的に同一の深度で各々の反射されたレーザパルスを観
測し、前記物体から後方に反射された前記光パルスを検
知するためのゲートカメラ手段と、単一のカメラフレー
ム上に検知された光パルスの少なくともいくつかを集積
するための手段と、前記集積され検知された光パルスを
前記物体のビデオ画像に変換するための手段とを含むこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項１３】 前記予め選択された速度が、１マイ
クロセカンドから２マイクロセカンドのであることを特
徴とする請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１４】 前記レーザ手段がフラッシュランプ
放電手段を含み、前記パルスはＱ−スイッチにより発生
され、前記フラッシュランプ放電手段の励起外囲器内で
反復的にＱ−スイッチングを行うための手段を含むこと
を特徴とする請求項１３に記載の装置。 - 【請求項１５】 少なくとも部分的に光を伝える後方
散乱する媒体により包まれる物体を検知及び画像化する
画像ライダシステムであって、前記画像ライダシステム
は光パルス発生手段、及び後方散乱反射を検知するため
の反射光パルス検出手段を含み、前記パルス発生手段は
複数の励起周期を有するレーザから成なり、前記システ
ムは更に前記レーザから抽出されるエネルギを増大する
ように単一の励起周期で短い光パルスを反復的に発生す
るための手段を含むことを特徴とする画像ライダシステ
ム。 - 【請求項１６】 前記発生された光パルスと同期して
前記光パルス検知手段のゲートを反復的に閉じるための
手段を含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像ラ
イダシステム。 - 【請求項１７】 前記光パルス検知手段はカメラを含
み、物体の照度を増大するように前記カメラの単一カメ
ラフレーム上に、単一励起周期からの検知された光パル
スの少なくともいくつかを集積するための手段を含むこ
とを特徴とする請求項１５に記載の画像ライダシステム
。 - 【請求項１８】 前記ゲートカメラは予め選択された
時間で反復的にゲートされ、反復的に前記カメラがゲー
トされる段階の前、又は後の前記予め選択された時間で
、カメラをゲートして雑音信号が得られるための手段と
、前記雑音信号を格納するための手段と、太陽雑音を軽
減するため検知され集積された光パルスから前記雑音信
号を減算するための手段とを含むことを特徴とする請求
項１５に記載の画像ライダシステム。 - 【請求項１９】 前記カメラのゲーティングが反射状
態の物体の第１の集積された画像と、不鮮明な状態の物
体の第２の集積された画像とを規定するために異なる２
つの深度で反復的に行われ、太陽雑音を軽減するために
前記第１及び第２の集積された画像を減算するための手
段を含むことを特徴とする請求項１５に記載の画像ライ
ダシステム。 - 【請求項２０】 前記短い光パルスの各々は、第１の
波長を有する第１のマイクロパルスと第２の波長を有す
る第２のマイクロパルスとに分離され、前記第１及び第
２の波長は相互に異なり、前記第１の波長の第１の集積
された画像を得るための手段と、第２の波長の第２の集
積された画像を得るための手段と、前記第１及び第２の
集積された画像を減算するための手段とを含むことを特
徴とする請求項１５に記載の画像ライダシステム。 - 【請求項２１】 前記レーザ手段がフラッシュランプ
放電手段を含み、前記パルスはＱ−スイッチにより発生
され、前記フラッシュランプ放電手段の励起外囲器内で
反復的にＱ−スイッチングを行うための手段を含むこと
を特徴とする請求項１５に記載の画像ライダシステム。 - 【請求項２２】 前記予め選択された速度が、１マイ
クロセカンドから２マイクロセカンドのであることを特
徴とする請求項１５に記載の画像ライダシステム。 - 【請求項２３】 少なくとも部分的に光を伝える後方
散乱する媒体により包まれる物体を検知及び画像化する
方法であって、予め選択されたレーザパルス速度で、レ
ーザからの短い光パルスを反復的に前記レーザの単一励
起周期で、発生させる段階と、前記後方散乱する媒体に
向かって、前記後方散乱する媒体により包まれた物体に
、前記反復的に発生された短い光パルスを投射する段階
と、前記予め選択されたレーザパルス速度と同一である
予め選択されたゲート速度に同期してゲートされ、その
少なくとも１つは各々の反射されたレーザパルスを実質
的に同一の深度で観測する複数のゲートカメラを用いて
前記物体から後方に反射される前記光パルスを検知する
段階と、単一のカメラフレーム上に前記ゲートカメラか
らの前記検知された光パルスの少なくともいくつかを集
積する段階と、前記ゲートカメラからの前記検知され集
積された光パルスを前記物体のビデオ画像に変換する段
階とを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２４】 少なくとも部分的に光を伝える後方
散乱する媒体により包まれる物体を検知及び画像化する
方法であって、前記方法は、光パルス発生手段と後方散
乱反射を検知するための複数の個別の反射光パルス検出
手段とを含む画像ライダを用い、前記光パルス発生手段
は複数の励起周期を有するレーザから成り、更に前記方
法は、前記レーザから抽出されるエネルギを増大するよ
うに単一の励起周期で短い光パルスを反復的に発生する
段階を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２５】 前記発生された光パルスと同期して
複数の光パルス検知手段のゲートを反復的に閉じる段階
を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記光パルス検知手段の各々はゲー
トカメラを含み、物体の照度を増大するように前記ゲー
トカメラの各々からの検知された光パルスの少なくとも
いくつかを集積する段階を含むことを特徴とする請求項
２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 少なくとも部分的に光を伝える後方
散乱する媒体により包まれる物体を検知及び画像化する
画像ライダシステムであって、前記画像ライダシステム
は光パルス発生手段と、後方散乱反射を検知するための
複数の個別の反射光パルス検出手段とを含み、前記光パ
ルス発生手段は複数の励起周期を有するレーザから成り
、前記システムは更に前記レーザから抽出されたエネル
ギを増大させるように単一の励起周期で短い光パルスを
反復的に発生するための手段を含むことを特徴とする画
像ライダシステム。 - 【請求項２８】 前記発生された光パルスと同期して
複数の光パルス検知手段を反復的にゲートするための手
段を含むことを特徴とする請求項２７に記載の画像ライ
ダシステム - 【請求項２９】 前記光パルス検知手段はゲートカメ
ラを含み、物体の照度を増大するように前記ゲートカメ
ラの各々からの検知された光パルスの少なくともいくつ
かを集積するための手段を含むことを特徴とする請求項
２８に記載の画像ライダシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/632,329 US5164823A (en) | 1990-12-21 | 1990-12-21 | Imaging lidar system employing multipulse single and multiple gating for single and stacked frames |
| US632329 | 1990-12-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04301784A true JPH04301784A (ja) | 1992-10-26 |
Family
ID=24535075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3224127A Pending JPH04301784A (ja) | 1990-12-21 | 1991-09-04 | 単一及び連続式フレームのためのマルチパルス単一及び多重ゲートを用いる画像ライダシステム |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5164823A (ja) |
| EP (1) | EP0468175A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04301784A (ja) |
| CA (1) | CA2042741A1 (ja) |
| IL (1) | IL98226A (ja) |
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