一种基于Tail-Gating技术提高成像分辨率的距离选通成像系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于Tail‑Gating技术提高成像分辨率的距离选通成像系统，包括：发射光源模组；测距接收模组，采集和滤波水下目标反射的回波光信号，将回波光信号转换成电信号并转发至控制与处理模组；成像接收模组，接收水下目标反射回来的包含目标图像信息的光信号并转发至控制与处理模组；控制处理模组，用于设定发射光源模组参数，设定所述测距接收模组参数并控制其同步采集水下目标反射的回波信号，根据回波信号计算水下目标距离，并根据水下目标距离基于Tail‑Gating技术设定成像接收模组参数。本发明专利技术基于Tail‑Gating技术，将选通门开启时间相对目标距离换算时间略微延迟，有效减少散射噪声进入微通道板，提高信噪比，从而提高系统在水下浑浊情况下的成像分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Tail-Gating技术提高成像分辨率的距离选通成像系统
本专利技术涉及基于微弱光探测的水下激光主动成像
，更具体地，涉及一种融合水下激光测距的改进的新型距离选通成像系统。
技术介绍
海洋作为人类发展的资源宝库，富含生物，矿产，海水化学等资源。水下成像技术作为一种有效的水下信息获取手段是水下资源勘探，水下战争胜利的关键。常见的水下声呐成像系统在实际应用中，水声信号干扰大、损耗高，成像分辨率低，因而对针对较小目标成像效果不佳。相比之下水下光学成像技术具有成像分辨率高、速度快、操作简便、成本低的优点，是一种良好的水下探测手段。当前水下光学探测与成像技术迅速发展，但在实际使用中，仍然存在着较多的技术难点。受水体自身特性影响，自然光线在水体中只能传播非常有限的距离，进而导致水下成像图像质量下降，如对比度低、图像整体亮度暗、图像模糊、分辨率低等。影响成像结果的水体自身特性主要包括水体对光线的吸收和散射作用。现有技术中，距离选通成像技术对水下的散射噪声抑制提升成像分辨率上有着显著的效果，但是随着浑浊程度的提升，传统距离选通系统的成像质量提升效果有限。因此在距离选通成像系统的基础上，如何进一步提升系统在浑浊场景中的成像质量具有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于Tail-Gating技术提高成像分辨率的距离选通成像系统，针对水下目标进行距离选通成像，旨在解决传统距离选通成像系统在进行水下目标成像过程中，随着水介质浑浊程度的提升导致成像效果剧烈退化，从而导致水下目标成像分辨率低，以及水下目标距离未知的情况下，需要遍历法调整选通门打开时间适配目标距离而导致的成像速度慢的问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于Tail-Gating技术提高成像分辨率的距离选通成像系统，包括：发射光源模组，用于发射激光脉冲；测距接收模组，用于采集和滤波水下目标反射的回波光信号，用于将所述回波光信号转换成电信号并转发至控制与处理模组；成像接收模组，用于接收水下目标反射回来的包含目标图像信息的光信号并转发至控制与处理模组；控制处理模组，用于设定所述发射光源模组参数，用于设定所述测距接收模组参数并控制其同步采集水下目标反射的回波信号，用于根据所述回波信号计算水下目标距离，并根据水下目标距离基于Tail-Gating技术设定所述成像接收模组参数。进一步的，所述发射光源模组包括：脉冲激光器、准直系统，所述脉冲激光器与所述控制处理模组电连接，并根据所述控制处理模组所设定的参数发射激光脉冲，并所述准直系统进行光束准直与整形后照射到水下待测目标上。进一步的，所述测距接收模组包括：接收光学系统、光电倍增管、数字示波器，所述接收光学系统由望远镜单元和滤光单元组成，分别用于对回波光信号进行收束和滤除背景噪声；所述光电倍增管设置在所述接收光学系统的出光位置，用于将所述接收光学系统收集和滤波处理后的回波光信号转化成电信号；所述数字示波器分别与所述控制处理模组和所述光电倍增管电连接；由所述控制处理模组设置所述数字示波器对光学倍增管采集回波电信号的采集参数；所述数字示波器将采集的回波电信号转发给所述控制处理模组。进一步的，所述滤光单元包含带通滤光片和窄带滤光片，经过望远镜单元收束的回波光信号依次通过带通滤光片和窄带滤光片。进一步的，所述光电倍增管的辐射灵敏度不小于130mA/W，暗电流小于10nA。进一步的，所述成像接收模组包括：成像镜头、微通道板、耦合镜头、CCD相机、CamLink采集卡；所述成像镜头用于接收目标反射回来包含目标图像信息的光信号，并将光信号聚焦到微通道板的靶面上，将光信号转换成图像信号；所述微通道板与控制处理模组电连接，根据所述控制处理模组发送的门控配置信号按时开启指定时长的选通门；所述指定时长由所述控制处理模组根据水下目标距离并基于Tail-Gating技术设定；所述耦合镜头将图像信号耦合到所述CCD相机并由所述CCD相机转换成电信号，再由CamLink采集卡转换成指定格式的图像或视频信号；所述CamLink采集卡与所述控制处理模组电连接，用于接收控制处理模组发送的配置参数，并用于上传转换后的图像或视频信号。进一步的，所述选通门的开启时间由下式计算：T＝2Rm/v+t0/2式中，Rm为测得的水下目标的距离，v为光在介质中的传播速度，t0为激光脉冲宽度。进一步的，所述微通道板的选通门最小开门时长为2ns，门控时间精度为1ns。进一步的，发射光源模组，测距接收模组和成像接收模组的光轴为平行设置。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，一方面融合了水下激光测距系统，可以快速定位待测目标与成像系统的间距，并通过换算提供合适的选通门开启时间；另一方面基于Tail-Gating技术，将选通门开启时间相对目标距离换算时间略微延迟，有效减少散射噪声进入微通道板，提高信噪比，从而提高系统在水下浑浊情况下的成像分辨率。附图说明图1为本专利技术实施例提供的水下距离选通成像系统框图；图2为传统距离选通成像结果；图3为通过本专利技术实施例提供的距离选通成像系统的成像结果。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、脉冲激光器，2、准直系统，3、接收光学系统，4、光电倍增管，5、数字示波器，6、成像镜头，7、微通道板，8、耦合镜头，9、CCD相机，10、CamLink采集卡，11、控制处理模组。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术主要有四个部分组成，包括：发射光源模组，测距接收模组，成像接收模组，控制处理模组。系统结构示意图如图1所示，主要包含的器件有：脉冲激光器1，准直系统2，接收光学系统3，光电倍增管4，数字示波器5，成像镜头6，微通道板7，耦合镜头8，CCD相机9，CamLink采集卡10，控制处理模组11。其中，在本专利技术实施例中，控制处理模组11在硬件实现上可以由计算机等终端设备实现。其中，各个部件的连接关系及作用分别如下：脉冲激光器1与控制处理模组11电连接，用以给脉冲激光器1设定参数使脉冲激光器1按照预设参数发射激光脉冲，所述控制处理模组11发送出光指示电脉冲到脉冲激光器1，脉冲激光器1即发射激光脉冲。脉冲激光器1发接收射的532nm的激光脉冲光束经过准直系统2进行光束准直与整形后照射到水下待测目标上。水下目标反射的回来的回波信号同时被测距接收模组和成像接收模组接收。测距接收模组中，接收光学系统3用于收集和滤波处理水下目标反射回来的回波光信号。所述的接收光学系统3由望远镜单元和滤光单元组成，分别用以对回波光信号进行收束和滤除其他波段的背景噪声。光电倍增管4设置在接收光学系统3的出光位置，用于将接收光学系统3收集和滤波处理后的回波光信号转化成电信号。数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Tail-Gating技术提高成像分辨率的距离选通成像系统，其特征在于，包括：/n发射光源模组，用于发射激光脉冲；/n测距接收模组，用于采集和滤波水下目标反射的回波光信号，用于将所述回波光信号转换成电信号并转发至控制与处理模组；/n成像接收模组，用于接收水下目标反射回来的包含目标图像信息的光信号并转发至控制与处理模组；/n控制处理模组，用于设定所述发射光源模组参数，用于设定所述测距接收模组参数并控制其同步采集水下目标反射的回波信号，用于根据所述回波信号计算水下目标距离，并根据水下目标距离基于Tail-Gating技术设定所述成像接收模组参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Tail-Gating技术提高成像分辨率的距离选通成像系统，其特征在于，包括：
发射光源模组，用于发射激光脉冲；
测距接收模组，用于采集和滤波水下目标反射的回波光信号，用于将所述回波光信号转换成电信号并转发至控制与处理模组；
成像接收模组，用于接收水下目标反射回来的包含目标图像信息的光信号并转发至控制与处理模组；
控制处理模组，用于设定所述发射光源模组参数，用于设定所述测距接收模组参数并控制其同步采集水下目标反射的回波信号，用于根据所述回波信号计算水下目标距离，并根据水下目标距离基于Tail-Gating技术设定所述成像接收模组参数。


2.根据权利要求1所述的距离选通成像系统，其特征在于，所述发射光源模组包括：脉冲激光器、准直系统，所述脉冲激光器与所述控制处理模组电连接，并根据所述控制处理模组所设定的参数发射激光脉冲，并所述准直系统进行光束准直与整形后照射到水下待测目标上。


3.根据权利要求1所述的距离选通成像系统，其特征在于，所述测距接收模组包括：接收光学系统、光电倍增管、数字示波器，
所述接收光学系统由望远镜单元和滤光单元组成，分别用于对回波光信号进行收束和滤除背景噪声；
所述光电倍增管设置在所述接收光学系统的出光位置，用于将所述接收光学系统收集和滤波处理后的回波光信号转化成电信号；
所述数字示波器分别与所述控制处理模组和所述光电倍增管电连接；由所述控制处理模组设置所述数字示波器对光学倍增管采集回波电信号的采集参数；所述数字示波器将采集的回波电信号转发给所述控制处理模组。


4.根据权利要求3所述的距离选通成像系统，其特征在于，所述滤光单元包...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宪江，程文韶，孙钢波，王洪，徐寅，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42