基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统技术方案

本发明专利技术涉及光电探测技术领域，公开了一种基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统，脉冲激光器发出激光后进行分束，得到透射光部分，透射光部分通过扫描振镜照射在中继墙表面，在中继墙表面发生漫反射后照射在隐藏物体表面；再次发生反射回到中继墙表面后通过扫描振镜、分布式光纤探测阵列被单光子探测器阵列所采集，处理单元根据探测信号计算所需成像信息；分布式光纤探测阵列包含中间探测通道、分布于中间探测通道侧壁外的多个边缘探测通道，多个边缘探测通道内设有光纤且通过光纤连接至单光子探测器阵列；边缘探测通道对应的边缘探测点与中继墙表面照射点之间的距离为预定值，以提升对应非视域三次回波光束的探测信号的信噪比。的信噪比。的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统


[0001]本专利技术涉及光电探测
，具体为一种基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统。

技术介绍

[0002]在现代战争、灾害救援等事件中，由于街道和建筑的遮挡，难以用直接成像的方法对一些可疑目标和活动场合进行有效观察，迫切需要可以绕过遮挡物体而对其后面的目标进行跟踪与观察的方法。基于光子飞行时间的非视域成像方法可以通过中继面的漫反射，利用光子在隐藏物体与中继面之间的飞行时间对隐藏物体表面形貌进行重构，在自动驾驶、灾害救援、医学诊断等诸多领域有着重要的应用前景；然而，传统共焦式非视域成像系统受限于直接反射光所引起的单光子探测死时间与后脉冲效应以及时间相关单光子计数堆叠效应，探测信号的信噪比与时间精度有限，从而限制了非视域范围内隐藏物体的重构精度。
[0003]其中，后脉冲效应是指当单光子雪崩二极管探测器发生雪崩时，有一部分载流子会滞留在倍增层中，这些滞留的载流子随后释放的时候也会触发雪崩，产生非光子探测脉冲，这样的脉冲称为后脉冲，后脉冲会造成错误计数，计数率的提高会导致后脉冲噪声的提高。
[0004]堆叠效应又称光子堆积效应，当光子的入射通量增加时，探测新到达光子的能力降低，系统整体探测效率降低；恢复时间越短，能够很好探测到的最大光子数越多；计数率的提高会导致堆叠效应更为明显。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有重构技术的重构精度有限的问题，提供了一种基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统，包括：脉冲激光器、激光线偏振分束器、扫描振镜、分布式光纤探测阵列、单光子探测器阵列、中继墙、处理单元；
[0007]所述脉冲激光器发出的激光入射至激光线偏振分束器进行分束，得到透射光部分，透射光部分通过扫描振镜照射在所述中继墙表面形成二维空间正交扫描照明，所述中继墙表面基于二维空间正交扫描照明发生漫反射并传输至非视域范围内隐藏物体表面；在所述隐藏物体表面再次发生反射回到所述中继墙表面后，再次在所述中继墙表面漫反射后的非视域三次回波光束通过所述扫描振镜、所述分布式光纤探测阵列被所述单光子探测器阵列所采集，所述处理单元根据所述分布式光纤探测阵列所采集得到的对应非视域三次回波光束的探测信号计算所需成像信息；
[0008]所述分布式光纤探测阵列包含中间探测通道、分布于所述中间探测通道侧壁外的多个边缘探测通道，除中间探测通道外的多个边缘探测通道内设有光纤且通过光纤连接至
所述单光子探测器阵列，所述非视域三次回波光束通过多个边缘探测通道被所述单光子探测器阵列所采集；其中，所述中间探测通道对应在中继墙表面的中间探测点位置与所述非视域三次回波光束对应在中继墙表面的照射点位置相对应，所述边缘探测通道对应在中继墙表面的边缘探测点与所述非视域三次回波光束对应在中继墙表面的照射点之间的距离为预定值，使得提升对应非视域三次回波光束的探测信号的信噪比。
[0009]作为一种可实施方式，还包括单模光纤、激光准直器、第一透镜，所述脉冲激光器发出的激光通过所述单模光纤传输，再经所述激光准直器准直后入射至激光线偏振分束器进行分束；所述非视域三次回波光束通过所述扫描振镜后再通过所述第一透镜聚焦输入至所述分布式光纤探测阵列。
[0010]作为一种可实施方式，还包括止光器，激光经过所述激光线偏振分束器进行分束后还会得到反射光部分，所述反射光部分被所述止光器所收集。
[0011]作为一种可实施方式，所述脉冲激光器为具有皮秒级分辨率的脉冲激光器，所述单光子探测器阵列为具有皮秒级分辨率的探测器阵列。
[0012]作为一种可实施方式，通过使得所述中继墙表面基于所述二维空间正交扫描照明发生的直接反射光的强度值与所述非视域三次回波光束的强度值之比为20：1至25：1，从而调整所述边缘探测通道对应在中继墙表面的边缘探测点与所述非视域三次回波光束对应在中继墙表面的照射点之间的距离为预定值。
[0013]作为一种可实施方式，所述中间探测通道和边缘探测通道的内接圆直径等于所述光纤的直径，通过选择不同直径的光纤，调整所述边缘探测通道的中心轴与所述中间探测通道之间的距离，从而调整所述边缘探测通道对应在中继墙表面的边缘探测点与所述非视域三次回波光束对应在中继墙表面的照射点之间的距离为预定值。
[0014]作为一种可实施方式，所述边缘探测通道和所述中间探测通道都为正六棱柱结构且内部设有光纤，所述边缘探测通道的数量为6个，6个边缘探测通道分别分布于所述中间探测通道的六个侧面。
[0015]作为一种可实施方式，所述处理单元包括计数模块，所述计数模块根据具有皮秒级分辨率的单光子探测器阵列采集的对应非视域三次回波光束的探测信号进行分析处理，得到皮秒级分辨率的光子数
‑
飞行时间数据；其中，所述飞行时间为光子在中继墙与隐藏物体表面之间的来回飞行时间。
[0016]作为一种可实施方式，所述处理单元还包括重构模块，所述重构模块基于视锥变换的维纳滤波反卷积非视域重构算法以及得到的具有皮秒级分辨率的光子数
‑
飞行时间数据以及其他相关参数，对所述隐藏物体表面的反射率信息进行重构与恢复，从而实现对隐藏物体的非视域重构。
[0017]作为一种可实施方式，基于视锥变换的维纳滤波反卷积非视域重构算法以及得到的光子数
‑
飞行时间数据以及其他相关参数，实现对所述隐藏物体表面的反射率信息进行重构与恢复的过程具体包括：
[0018]建立共焦情况下的标准正向模型；其中，标准正向模型的公式为：
[0019][0020]式中，τ表示对应中继器表面各扫描点的光子数—飞行时间数据，(x
′
,y
′
)为中继
墙表面的扫描点位置，(x,y,z)表示隐藏物体表面的空间位置点，r为隐藏物体表面的空间位置点与中继墙表面对应的扫描点之间的距离，ρ表示隐藏物体表面的反射率，δ表示狄拉克函数，Ω表示隐藏物体所在的三维空间，t表示飞行时间，c表示光速；
[0021]采用视锥变换，将所述标准正向模型转换为三维卷积形式，得到三维卷积形式的正向模型；其中，视锥变换公式为：
[0022]v＝(tc/2)2，式中，表示新坐标系下的z，进而推出，v表示新坐标系下的(tc/2)2；
[0023]得到三维卷积形式的正向模型公式为：
[0024]R
t
{τ}(x
′
,y
′
,v)＝∫∫∫
Ω
R
z
{ρ}(x,y,u)h(x
′‑
x,y
′‑
y,v
‑
u)dxdydu；式中，R
t
{τ}表示三维卷积形式的光子数—飞行时间数据，R
z
{ρ}表示三维卷积形式的隐藏物体表面的反射率；
[0025]得到：基于维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统，其特征在于，包括：脉冲激光器、激光线偏振分束器、扫描振镜、分布式光纤探测阵列、单光子探测器阵列、中继墙、处理单元；所述脉冲激光器发出的激光入射至激光线偏振分束器进行分束，得到透射光部分，透射光部分通过扫描振镜照射在所述中继墙表面形成二维空间正交扫描照明，所述中继墙表面基于二维空间正交扫描照明发生漫反射并传输至非视域范围内隐藏物体表面；在所述隐藏物体表面再次发生反射回到所述中继墙表面后，再次在所述中继墙表面漫反射后的非视域三次回波光束通过所述扫描振镜、所述分布式光纤探测阵列被所述单光子探测器阵列所采集，所述处理单元根据所述分布式光纤探测阵列所采集得到的对应非视域三次回波光束的探测信号计算所需成像信息；所述分布式光纤探测阵列包含中间探测通道、分布于所述中间探测通道侧壁外的多个边缘探测通道，除中间探测通道外的多个边缘探测通道内设有光纤且通过光纤连接至所述单光子探测器阵列，所述非视域三次回波光束通过多个边缘探测通道被所述单光子探测器阵列所采集；其中，所述中间探测通道对应在中继墙表面的中间探测点位置与所述非视域三次回波光束对应在中继墙表面的照射点位置相对应，所述边缘探测通道对应在中继墙表面的边缘探测点与所述非视域三次回波光束对应在中继墙表面的照射点之间的距离为预定值，使得提升对应非视域三次回波光束的探测信号的信噪比。2.根据权利要求1所述的基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统，其特征在于，还包括单模光纤、激光准直器、第一透镜，所述脉冲激光器发出的激光通过所述单模光纤传输，再经所述激光准直器准直后入射至激光线偏振分束器进行分束；所述非视域三次回波光束通过所述扫描振镜后再通过所述第一透镜聚焦输入至所述分布式光纤探测阵列。3.根据权利要求1所述的基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统，其特征在于，还包括止光器，激光经过所述激光线偏振分束器进行分束后还会得到反射光部分，所述反射光部分被所述止光器所收集。4.根据权利要求1所述的基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统，其特征在于，所述脉冲激光器为具有皮秒级分辨率的脉冲激光器，所述单光子探测器阵列为具有皮秒级分辨率的探测器阵列。5.根据权利要求1所述的基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统，其特征在于，通过使得所述中继墙表面基于所述二维空间正交扫描照明发生的直接反射光的强度值与所述非视域三次回波光束的强度值之比为20：1至25：1，从而调整所述边缘探测通道对应在中继墙表面的边缘探测点与所述非视域三次回波光束对应在中继墙表面的照射点之间的距离为预定值。6.根据权利要求1所述的基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统，其特征在于，所述中间探测通道和边缘探测通道的内接圆直径等于所述光纤的直径，通过选择不同直径的光纤，调整所述边缘探测通道的中心轴与所述中间探测通道之间的距离，从而调整所述边缘探测通道对应在中继墙表面的边缘探测点与所述非视域三次回波光束对应在中继墙表面的照射点之间的距离为预定值。7.根据权利要求1所述的基于分布式多通道并行探测的非视域成像系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐月暑，匡翠方，曹雯，陶思玮，柏凌，田宗翰，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：