一种复合测距方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复合测距方法及系统，本发明专利技术采用主被动复合的测距方法，基于激光回波偏振调制的主动测距，只探测指定距离范围内的绝对距离，所需功率较低，基于场景光偏振特性的被动测距，不需要激光照明即可得到所有像素点的相对距离，两者结合得到三维图像，具有成本低、探测距离范围大、功耗低和距离与图像像素级融合等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种复合测距方法及系统
本专利技术涉及光学
，特别是涉及一种复合测距方法及系统。
技术介绍
目前，三维成像在地形测绘、航空航天、无人驾驶等领域都有迫切需求，其中主动测距的激光雷达方法成为研究热点，已进行了大量的研究和应用，现有的测距原理主要是通过测量光的飞行时间(TOF)推导出绝对距离，主要分直接TOF和间接TOF方法，但现有测距设备具有成本高、探测距离范围小等缺点，从而限制了其推广应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种复合测距方法及系统，以解决现有的测距设备成本高、探测距离范围小等问题。第一方面，本专利技术提供了一种复合测距方法，该方法包括：将接收到的场景光与激光分离，按照不同曝光时间进行成像，其中，一种是基于场景光的偏振特性成像进行被动测距，并基于场景光的偏振特性进行二维成像，另一种是基于激光回波偏振调制成像进行主动测距，根据主动测距结果标定并优化被动测距结果，以进行像素级测距，并将二维图像与像素级测距得到的距离相融合得到三维图像。可选地，按照不同曝光时间进行成像，包括：按照第一预设数量帧进行第一曝光成像，根据成像结果进行所述被动测距和二维成像、按照第二预设数量帧进行第二曝光成像，根据成像结果进行所述主动测距。可选地，基于场景光的偏振特性进行二维成像，包括：根据曝光成像结果得到各像素点间隔45度的4个角度偏振态的强度；根据所述4个角度偏振态的强度，计算像素点总光强度，得到二维图像。可选地，所述基于场景光的偏振特性成像进行被动测距，包括：根据曝光成像结果得到各像素点间隔45度的4个角度偏振态的强度；根据所述4个角度偏振态的强度得到各像素点的斯托克斯矩阵；根据像素点的直角、极坐标关系和所述斯托克斯矩阵，得到三维空间中各像素点所在表面的法向量；根据所述法向量、偏振信息、大气衰减特性，计算所有像素点的相对距离。可选地，基于激光回波偏振调制成像进行主动测距，包括：按照预设时间函数施加调制电压，将激光回波偏振调制为椭圆偏振光；根据曝光成像结果得到各像素点间隔90度的2个角度偏振态的强度；根据所述2个角度偏振态的强度，得到所述2个偏振态的相位差；根据所述相位差，得到各像素点偏振调制的调制电压；根据所述调制电压的预设时间函数和各像素点的所述调制电压，得到预设距离范围内像素点的绝对距离。可选地，根据主动测距结果标定并优化被动测距结果，以进行像素级测距，包括：根据所述主动测距预设距离范围内像素点的绝对距离，优化所述被动测距各像素点所在表面的法向量，以优化所述所有像素点的相对距离；根据所述主动测距预设距离范围内像素点的绝对距离，对所述被动测距对应像素点进行标定，得到基准点绝对距离；根据所述基准点绝对距离，所述优化的所有像素点相对距离，预设数量历史帧的三维图像结果，求解当前帧所有像素点绝对距离的最优解。可选地，将二维图像与像素级测距得到的距离相融合得到三维图像，包括：将所述二维图像和所述所有像素点绝对距离最优解融合，得到三维图像。第二方面，本专利技术提供了一种复合测距系统，该系统包括：接收器，用于接收场景光和激光回波；分光器，用于将所述接收器接收到的场景光与激光回波分离；被动测距光路处理单元，用于将所述场景光传播到感光元件；主动测距光路处理单元，用于激光发射和对激光回波的偏振调制；感光元件，用于对场景光和调制激光进行预设帧数、预设曝光时间的曝光成像；数据处理单元，用于根据所述感光元件对所述被动测距光路处理单元的成像结果进行被动测距和二维成像，根据所述感光元件对所述主动测距光路处理单元的成像结果进行主动测距，根据主动测距结果标定并优化被动测距结果，以进行像素级测距，并将二维图像与像素级测距得到的距离相融合得到三维图像。可选地，所述主动测距光路处理单元进一步包括：激光发射器，用于发射所述主动测距的激光光源；线偏振片，用于滤除所述激光回波的杂波；偏振调制器，用于对所述滤波后的激光回波进行偏振调制，并传播至所述感光元件。可选地，所述感光元件以2X2个像元作为一个单元，每个单元均分别获取0度、90度、45度和135度的线偏振光强度。本专利技术有益效果如下：本专利技术采用主被动复合的测距的方法，基于激光回波偏振调制进行主动测距，探测指定距离范围内的绝对距离，所需功率较低，基于场景光偏振特性进行被动测距，不需要激光照明即可得到所有像素点的相对距离，两者结合得到三维图像，具有成本低、探测距离范围大、功耗低和距离与图像像素级融合等优点。附图说明图1为本专利技术实施例提供的主被动复合测距系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的感光元件2X2个像元的偏振结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的数据处理流程。具体实施方式本专利技术实施例的主动测距的激光雷达只探测指定距离范围内的绝对距离，而被动测距不需要激光照明即可得到所有像素点的相对距离，因此本专利技术实施例的复合测距系统具有成本低、探测距离范围大、功耗低和距离与图像像素级融合等优点。以下结合附图以及实施例，对本专利技术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仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种复合测距方法，如图1所示，该方法包括：将接收到的场景光与激光分离，按照不同曝光时间进行成像，其中，一种是基于场景光的偏振特性成像进行被动测距，并基于场景光的偏振特性进行二维成像，另一是基于激光回波偏振调制成像进行主动测距，根据主动测距结果标定并优化被动测距结果，以进行像素级测距，并将二维图像与像素级测距得到的距离相融合得到三维图像。具体来说，本专利技术实施例是将光学镜头接收到的场景内反射或辐射光与激光分为两路，一路基于反射或辐射光偏振特性解算进行被动测距和二维成像，另一路基于激光回波偏振调制进行主动测距，根据所述主动测距结果标定并优化所述被动测距结果实现像素级测距，最后将二维图像与距离融合得到三维图像。总体来说，本专利技术实施例核心思想就是主动测距的激光雷达只探测指定距离范围内的绝对距离，而被动测距不需要激光照明即可得到所有像素点的相对距离，因此本专利技术实施例的复合测距系统的功耗低，进而降低了本专利技术实施例的复合测距系统的整体成本，通过被动测距增大探测距离范围，通过测距与成像共用感光元件实现距离与图像像素级融合，从而大大提升了用户体验。具体实施时，本专利技术实施例中，按照不同曝光时间进行成像，包括：按照第一预设数量帧进行第一曝光成像，即长曝光成像，根据成像结果进行所述被动测距和二维成像、按照第二预设数量帧进行第二曝光成像，即，短曝光成像，最后根据成像结果进行所述主动测距。需要说明的是，本专利技术实施例中第一预设数量帧、第二预设数量帧，以及第一曝光成像的曝光时间、第二曝光成像的曝光时间都可以任意设定，本专利技术对此不作具体限定。本专利技术实施例中，所述基于场景光的偏振特性进行二维成像，包括：根据曝光成像结果得到各像素点间隔45度的4个角度偏振态的强度，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合测距方法，其特征在于，包括：/n将接收到的场景光与激光分离，按照不同曝光时间进行成像，其中，一种是基于场景光的偏振特性成像进行被动测距，并基于场景光的偏振特性进行二维成像，另一种是基于激光回波偏振调制成像进行主动测距，根据主动测距结果标定并优化被动测距结果，以进行像素级测距，并将二维图像与像素级测距得到的距离相融合得到三维图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合测距方法，其特征在于，包括：
将接收到的场景光与激光分离，按照不同曝光时间进行成像，其中，一种是基于场景光的偏振特性成像进行被动测距，并基于场景光的偏振特性进行二维成像，另一种是基于激光回波偏振调制成像进行主动测距，根据主动测距结果标定并优化被动测距结果，以进行像素级测距，并将二维图像与像素级测距得到的距离相融合得到三维图像。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照不同曝光时间进行成像，包括：
按照第一预设数量帧进行第一曝光成像，根据成像结果进行所述被动测距和二维成像、按照第二预设数量帧进行第二曝光成像，根据成像结果进行所述主动测距。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于场景光的偏振特性进行二维成像，包括：
根据曝光成像结果得到各像素点间隔45度的4个角度偏振态的强度；
根据所述4个角度偏振态的强度，计算像素点总光强度，得到二维图像。


4.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述基于场景光的偏振特性成像进行被动测距，包括：
根据曝光成像结果得到各像素点间隔45度的4个角度偏振态的强度；
根据所述4个角度偏振态的强度得到各像素点的斯托克斯矩阵；
根据像素点的直角、极坐标关系和所述斯托克斯矩阵，得到三维空间中各像素点所在表面的法向量；
根据所述法向量、偏振信息、大气衰减特性，计算所有像素点的相对距离。


5.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，基于激光回波偏振调制成像进行主动测距，包括：
按照预设时间函数施加调制电压，将激光回波偏振调制为椭圆偏振光；
根据曝光成像结果得到各像素点间隔90度的2个角度偏振态的强度；
根据所述2个角度偏振态的强度，得到所述2个偏振态的相位差；
根据所述相位差，得到各像素点偏振调制的调制电压；
根据所述调制电压的预设时间函数和各像素点的所述调制电压，得到预设距离范围内像素点的绝对距离。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：何文忠，李江勇，蔡文靖，刘鑫，杨加强，王岳，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11