一种单像素光子计数扩频压缩深度成像方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113917484A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111212977.6(22)申请日2021.10.15(71)申请人南京工业职业技术大学地址210023江苏省南京市栖霞区仙林大学城羊山北路1号(72)发明人沈姗姗(74)专利代理机构南京灿烂知识产权代理有限公司32356代理人李志鸿(51)Int.Cl.G01S17/89(2020.01)G01J11/00(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图4页(54)发明名称一种单像素光子计数扩频压缩深度成像方法(57)摘要本发明公开了一种单像素光子计数扩频压缩深度成像方法，包括以下步骤S1、基于可编程逻辑器件的伪随机码发生器发送伪随机码，用以驱动垂直表面激光器发射光束；S2、生成随机矩阵，通过电信号将生成的随机矩阵加载至数字光投影芯片；S3、垂直表面激光器发射的光束到达目标，接收系统接收返回的光束；S4、在一定积分时间下，通过单光子探测器和光子时间到达记录仪，获取光子到达时间点数值；S5、通过最佳相关检测法获得测量向量；S6、通过稀疏规划反演方法，重建目标的深度图像。克服目前单像素成像的距离模糊问题，利用最佳相关检测法，提高单像素成像的接收信噪比，降低调制次数，以降低测量矩阵维度，减少数据存储冗余度，并提高成像效率。CN113917484ACN113917484A权利要求书1/4页1.一种单像素光子计数扩频压缩深度成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于可编程逻辑器件的伪随机码发生器发送伪随机码，用以驱动垂直表面激光器发射光束；S2、生成随机矩阵，通过电信号将生成的随机矩阵加载至数字光投影芯片；S3、垂直表面激光器发射的光束到达目标，接收系统接收目标反射的光束；S4、在一定积分时间下，通过单光子探测器和光子时间到达记录仪，获取光子到达时间点数值；S5、通过最佳相关检测法获得测量向量；S6、通过稀疏规划反演方法，重建目标的深度图像。2.根据权利要求1所述的一种单像素光子计数扩频压缩深度成像方法，其特征在于：所述步骤S1基于可编程逻辑器件的伪随机码发生器发送伪随机码，以驱动垂直表面激光器发射光束，具体为，将matlab生成的伪随机码.coe文件存入FPGA双口RAM，从中读出数据，通过ROCKETIO发送CML差分信号，驱动垂直表面激光器VCSEL发射光脉冲，当伪随机码为1时VCSEL发光，伪随机码为0时VCSEL不发光，当检测到系统处于空闲状态和发送状态时，地址变量加1。3.根据权利要求1所述的一种单像素光子计数扩频压缩深度成像方法，其特征在于：所述步骤S2生成随机矩阵，通过电信号将生成的随机矩阵加载至数字光投影芯片，具体为，S2.1生成高斯随机矩阵生成高斯随机矩阵，设矩阵，表示实数集，为整数，矩阵中每个元素独立,并服从均值为0，方差为的高斯分布，即：（1）在不改变原有高斯矩阵随机特性的情况下，重新构造矩阵，获得随机矩阵，以控制数字光投影芯片中的微镜，重构方法如下式，（2）S2.2加载随机矩阵，控制数字光投影芯片数字光投影芯片DLP的核心组件包含高反射铝制微镜阵列，即数字微镜器件DMD，一个DMD由若干个独立控制的微镜构成，DMD通过位于微镜阵列下的CMOS存储电路独立控制每个微镜的电极电压，使微镜处于开和关两种偏转状态，分别将入射光束以对角铰链为轴偏转+/‑12°，+12°状态对应“开”像素，‑12°状态对应“关”像素，将matlab生成的随机矩阵存入电脑，在垂直表面激光器发射光束的同时，电脑通过USB数据线，将随机矩阵加载至数字光投影芯片，从而控制微镜的翻转。2CN113917484A权利要求书2/4页4.根据权利要求3所述的一种单像素光子计数扩频压缩深度成像方法，其特征在于：所述步骤S3垂直表面激光器发射的光束到达目标，接收系统接收返回的光束，具体为，垂直表面激光器发射光束被扩束镜扩束后到达目标并且返回，返回的光束透过偏振片后被成像透镜接收，偏振片用于调整光束的偏振态，成像透镜将接收的光束从1端口投射进入偏振分束镜，光束从偏振分束镜2端口输出，并到达数字光投影芯片，被第ｉ个随机矩阵调制后，再进入偏振分束镜3端口，从4端口输出，并依次通过聚焦透镜和窄带滤波片，最后光束被单光子探测器接收。5.根据权利要求4所述的一种单像素光子计数扩频压缩深度成像方法，其特征在于：所述步骤S4在一定积分时间下，通过单光子探测器和光子时间到达记录仪，获取光子到达时间点数值；具体为，设被第ｉ个随机矩阵调制后，依次通过聚焦透镜和窄带滤波片后的光束，被单光子探测器和光子时间到达记录仪接收，并记为线性求和序列，（3）式中为发送的伪随机码，为x轴方向或y轴方向的像素个数，为第次生成的随机矩阵，