CN111856497A - 一种单光子成像方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单光子成像方法和***，方法包括：主控制器接收外部输入的图像采集指令，生成激光触发信号发送给光纤激光器；光纤激光器根据激光触发信号发出激光脉冲经光学处理后向目标场景发射；计时电子***开启记录激光脉冲的个数，生成第一数量，并向扫描镜伺服驱动器发送TTL脉冲；望远镜收集反射光脉冲后经过光学处理后到达SPAD探测器；计时电子***判断第一数量等于第一预设数量时，触发扫描镜根据预设位置数据改变位置，并对SPAD探测器接收到的反射光脉冲进行时间标记，生成第一像素数据发送给主控制器；当主控制器判断扫描镜完成所有位置的改变后，根据得到的数据进行深度图像重构，得到目标场景的深度图像数据。

Description

一种单光子成像方法和***

技术领域

本发明涉数据处理领域，尤其涉及一种单光子成像方法和***。

背景技术

近年来，人们对单光子计数激光雷达用于多种遥感应用的远程三维成像越来越感兴趣。其中一个原因是最近盖革模式(Geiger-Mode，GM)阵列的出现，这种阵列能够以单光子灵敏度和皮秒分辨率提供全帧数据采集。该技术还在空中监视中得到了应用，在空中监视中，通过湍流进行远程目标识别是一项工程挑战。具体而言，人们正集中精力开发广泛的应用，如宽视场机载监视和远程目标识别和识别传感器。

尽管每种应用都有影响设计和组件选择的特定要求，但显然需要能够提供远距离三维高分辨率成像并具有夜间成像能力的***。使用低功率激光源意味着单光子探测将具有更高的隐蔽性，并且不太可能超过眼睛安全阈值。诸如使用主动成像的机载监视等应用对***重量、尺寸和体积施加了限制，并且需要低功率激光源和高灵敏度光学检测。单光子激光成像技术是有潜力满足这些挑战性要求的候选技术。

单光子检测的定时分辨率不受电压脉冲的持续时间或上升时间的限制，而是由检测器上升时间的变化或定时抖动决定。因此，单光子探测可以提供比模拟光学探测器更好数量级的定时误差，从而显著提高深度分辨率。此外，单光子探测器的高灵敏度允许使用较低功率的激光源，并允许从明显更远的距离测量飞行时间数据。使用较低功率源的可能性意味着单光子激光雷达***可以更小、更轻并且消耗更少的功率，这是集成到机载平台上所需要的。

现有技术公开的单光子三维成像***成像距离可以达到公里级别。但是其成像距离还不能达到9千米以上的远距离成像范围，且效果由于受到太阳背景、大气损耗的影响，其成像效果不够理想。

发明内容

针对现有技术缺陷，本发明实施例的目的是提供一种单光子成像方法和***，其通过合理的光路设计，有效的解决背反射问题，且简化了复杂的光学对准，使得成像距离达到10.5千米，同时能够有效提高成像的效果。

为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种单光子成像方法，所述方法包括：主控制器接收外部输入的图像采集指令，生成激光触发信号，并发送给光纤激光器；

所述光纤激光器根据所述激光触发信号以第一预设频率发出激光脉冲，所述激光脉冲经过准直处理、扩束处理和光路改变处理后生成第一激光脉冲，向目标场景发射；数字延迟脉冲发生器根据所述激光触发信号启动扫描仪现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA记录所述激光脉冲的个数，生成第一数量，并向扫描镜伺服驱动器发送TTL脉冲；

所述目标场景对所述第一激光脉冲进行反射，得到反射光脉冲；所述反射光脉冲经望远镜进行收集，并经过光路改变***进行光路改变处理后引导至单光子雪崩二极管SPAD探测器；

FPGA判断所述第一数量等于第一预设数量时，触发扫描镜根据预设位置数据改变位置，并将所述TTL脉冲释放给时间间隔分析仪；

所述时间间隔分析仪根据所述TTL脉冲获取时间标签，对所述SPAD探测器接收到的反射光脉冲进行时间标记，生成光子数据；并对第二预设时长内接收到的所述发射光脉冲的个数进行记录，生成第二数量；

所述SPAD根据所述光子数据和所述第二数量生成第一像素数据，并将所述第一像素数据发送给所述主控制器；

当所述主控制器根据所述预设位置数据判断所述扫描镜完成所有位置的改变后，根据多个所述第一像素数据、所述预设位置数据进行深度图像重构，得到所述目标场景的深度图像数据。

优选的，所述激光脉冲经过准直处理、扩束处理和光路改变处理后生成第一激光脉冲具体包括：

所述激光脉冲经过光纤传输至准直器进行准直处理，得到准直激光脉冲；

所述扩束器对所述准直激光脉冲进行扩束处理，得到扩束激光脉冲；

所述扩束激光脉冲经过光路改变处理***进行光路改变处理，得到所述第一激光脉冲。

进一步优选的，所述扩束激光脉冲经过光路改变处理***进行光路改变处理，得到所述第一激光脉冲具体包括：

所述扩束激光脉冲由第一反射镜面进行反射后通过环形反射镜的小孔投射第一扫描镜；

经过所述第一扫描镜反射后的所述扩束激光脉冲通过中继透镜组投射到第二扫描镜；

经过所述第二扫描镜进行反射后的所述扩束激光脉冲投射到第二反射镜面；

经过第二反射镜面反射后的所述扩束激光脉冲通过目镜进行校准处理后透过望远镜，生成第一激光束。

优选的，所述方法还包括：

所述主控制器根据预设电流数据对所述光纤激光器的电流驱动器进行调节，从而调节光纤激光器的输出功率。

优选的，所述激光脉冲的持续时间为第一预设时长。

进一步优选的，所述第一预设时长为800ps。

优选的，所述第一预设频率为125千赫。

优选的，所述反射光脉冲经望远镜进行收集，并经过光路调节模块进行光路改变处理后引导至单光子雪崩二极管SPAD探测器具体包括：

透过所述望远镜的反射光脉冲经过目镜进行校准处理后投射到第二反射镜面；

经过第二反射镜面发射后的反射光脉冲投射到第二扫描镜；

经过第二扫描镜反射的发射光脉冲通过中继透镜组投射到第一扫描镜；

经过第一扫描镜发射后的反射光脉冲经过环形反射镜进行反射处理后投射到聚焦透镜上；

经过所述聚焦透镜进行聚焦处理后的反射脉冲通过光谱滤波器后聚焦在所述SPAD探测器的有效区域上。

优选的，所述主控制器根据多个所述第一像素数据、所述预设位置数据进行深度图像重构，得到所述目标场景的深度图像数据具体包括：

所述主控制器根据第一像素数据生成光子返回的时间直方图；

所述主控制器使用最小二乘曲线拟合算法以预设时间宽度对直方图进行峰值定位分析处理，得到第一像素数据对应的峰值位置；

所述主控制器根据多个峰值位置对应的时间标记和所述预设位置数进行深度图像重构，得到所述目标场景的深度图像数据。

第二方面，本发明提供了一种单光子成像***，包括：主控制器、光纤激光器、准直器、扩束器、光路改变处理***、望远镜、计时电子***和单光子雪崩二极管(SinglePhoton Avalanche Diode，SPAD)探测器；其中，所述计时电子***进一步包括数字延迟脉冲发生器、扫描仪现场可编程门阵列FPGA和时间间隔分析仪；

所述主控制器，用于接收外部输入的图像采集指令，生成激光触发信号，并发送给光纤激光器；

所述光纤激光器，用于根据所述激光触发信号以第一预设频率发出激光脉冲；

所述准直器，用于对所述激光脉冲进行准直处理；

所述扩束器，用于对所述激光脉冲进行扩束处理；

所述光路改变处理***，用于对所述激光脉冲进行光路改变处理，生成第一激光脉冲，向目标场景发射；

所述数字延迟脉冲发生器，用于根据所述激光触发信号启动扫描仪现场可编程门阵列FPGA；

所述扫描仪现场可编程门阵列FPGA，用于记录所述激光脉冲的个数，生成第一数量，并向扫描镜伺服驱动器发送TTL脉冲；

所述目标场景对所述第一激光脉冲进行反射，得到反射光脉冲；

所述望远镜，用于收集所述反射光脉冲，并经过光路改变处理***进行光路改变处理后引导至所述单光子雪崩二极管SPAD探测器；

所述FPGA，还用于判断所述第一数量等于第一预设数量时，触发扫描镜根据预设位置数据改变位置，并将所述TTL脉冲释放给所述时间间隔分析仪；

所述时间间隔分析仪，用于根据所述TTL脉冲获取时间标签，对所述SPAD探测器接收到的反射光脉冲进行时间标记，生成光子数据；并对第二预设时长内接收到的所述发射光脉冲的个数进行记录，生成第二数量；

所述SPAD探测器，还用于根据所述光子数据和所述第二数量生成第一像素数据，并将所述第一像素数据发送给所述主控制器；

所述主控制器，还用于根据所述预设位置数据判断所述扫描镜完成所有位置的改变后，根据多个所述第一像素数据、所述预设位置数据进行深度图像重构，得到所述目标场景的深度图像数据。

本发明实施例提供一种单光子成像方法，其方法基于单光子成像***，利用合理的光路设解决了背反射问题，且简化了敷在的光学对对准，使得成像距离达到10.5千米，并同时显著提高成像效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种单光子成像***框图；

图2为本发明实施例提供的一种单光子成像方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明提供的一种单光子成像方法是基于本发明实施例提供的一种单光子成像***实现的，为了更好的对本发明实施例提供的一种单光子成像方法进行说明，首先对单光子成像***进行介绍。图1为本发明实施例提供的一种单光子成像***框图,如图所示,该***包括：主控制器1、光纤激光器2、准直器3、扩束器4、光路改变处理***5、望远镜6、计时电子***7和单光子雪崩二极管SPAD探测器8；其中，计时电子***7进一步包括数字延迟脉冲发生器(图中未示出)、扫描仪现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)(图中未示出)和时间间隔分析仪(图中未示出)。

主控制器1为整个***的控制设备，当用户需要对目标场景进行成像时，通过无线通信设备向主控制器1发送图像采集指令，或者通过与主控制器有限连接的硬件启动设备向住控制器输入图像采集指令。主控制器1在接收到外部输入的图像采集指令后，根据图像采集指令生成激光触发信号，并激光触发信号发送给光纤激光器。

光纤激光器2，在接收到主控制器1发送的激光触发信号后，开始以第一预设频率发出激光脉冲。其中，第一预设频率为预先设置的激光脉冲发射频率。在本发明实施例中，第一预设频率为125千赫。并且激光脉冲的波长为1550nm。

准直器3，用于对激光脉冲进行准直处理，得到准直激光脉冲。本发发明实施例的一个可选方案中，准直器为准直透镜，其一端与光纤激光器使用光纤偶合在一起，光纤激光器2发出的激光脉冲经过光纤传输到准直器3，准直器3对接收到的激光脉冲进行准直处理后，生成准直激光脉冲。

扩束器4，用于对激光脉冲进行扩束处理，得到直径增大的平行激光脉冲。本发明实施例的一个可选方案中，扩束器4由两个相对位置固定的透镜组成，两个透镜的相对距离在本***的实验阶段根据透镜的光学原理进行合理设置。且本发明中扩束器4的作用为对接收到的准直激光脉冲进行扩散，同时减小激光脉冲的发散角。本发明实施例可选方案的一个具体例子中，扩束器4将准直激光脉冲扩展为直径为20厘米的扩束激光脉冲。

光路改变处理***5，一方面，用于对接收到的激光脉冲进行方向的改变，使入射到光路改变处理***5的激光脉冲再经过目镜(图中未示出)能够透过望眼镜6后生成第一激光脉冲，向目标场景发射。另一方面，用于对望远镜6，收集的反射光脉冲进行光路改变处理，将反射脉冲引导至单光子雪崩二极管SPAD探测器8；

本发明实施例的优选方案中，光路改变处理***5进一步包括第一反射镜面(图中未示出)、环形反射镜(图中未示出)、第一扫描镜(图中未示出)、第二扫描镜(图中未示出)、第二反射镜面(图中未示出)、目镜(图中未示出)、聚焦透镜(图中未示出)和光谱滤波器(图中未示出)，在本***投入使用前，按照光学原理对各部件的光学原理对其进行位置设定，以使的器能够满足其接受的激光脉冲能够按照需要的方向岀射到目标场景。需要说明的是，本发明中，光路改变处理***在对激光脉冲的光学改变处理中使用的部件与在对反射脉冲进行光路改变处理中用到的部件不完全相同。在两种改变处理的过程中共同用到的部件包括环形反射镜(图中未示出)、第一扫描镜(图中未示出)、第二扫描镜(图中未示出)、第二反射镜面(图中未示出)和目镜(图中未示出)。

数字延迟脉冲发生器(图中未示出)，用于根据激光触发信号启动扫描仪现场可编程门阵列FPGA。

扫描仪现场可编程门阵列FPGA(图中未示出)，用于记录激光脉冲的个数，生成第一数量，并向扫描镜伺服驱动器发送TTL脉冲。FPGA(图中未示出)，还用于判断第一数量等于第一预设数量时，触发扫描镜(图中未示出)根据预设位置数据改变位置，并将TTL脉冲释放给时间间隔分析仪。

时间间隔分析仪(图中未示出)，用于根据TTL脉冲获取时间标签，对SPAD接收到的反射光脉冲进行时间标记，生成光子数据；并对第二预设时长内接收到的发射光脉冲的个数进行记录，生成第二数量。

主控制器1，还用于判断当第二数量等于第一预设数量时，将时间间隔分析仪重置为初始状态。在SPAD探测器8，根据所述光子数据和第二数量生成第一像素数据，并将第一像素数据发送给主控制器1之后，根据预设位置数据判断扫描镜完成所有位置的改变后，根据多个第一像素数据、预设位置数据进行深度图像重构，得到目标场景的深度图像数据。

本发明实施例提供的光子成像***中，各部件间的连接关系包括：主控制器1与光纤激光器2通信连接，光纤激光器2与计时电子***电连接，SPAD探测器8与计时电子***7以有线或无线的通信方式连接。

以上对本发明提供的单光子成像***进行了介绍，下面基于该单光子成像***对本发明提供的单光子成像方法进行详细的说明。图2为本发明实施例提供的一种单光子成像方法流程图，如图所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，主控制器接收外部输入的图像采集指令，生成激光触发信号，并发送给光纤激光器。

具体的，当用户需要对目标场景或这目标物进行成像的时候，通过外部链接设备向主控制器发送图像采集指令，主控制器在接收到图像采集指令后生成激光触发信号，发送给光纤激光器。

步骤102，光纤激光器发出激光脉冲，经光学处理后向目标场景发射；计时电子***对激光脉冲进行计数处理。

具体的，光纤激光器根据激光触发信号以第一预设频率发出激光脉冲，激光脉冲经过准直处理、扩束处理和光路改变处理后生成第一激光脉冲，向目标场景发射；数字延迟脉冲发生器根据激光触发信号启动扫描仪现场可编程门阵列FPGA，FPGA记录激光脉冲的个数，生成第一数量，并向扫描镜伺服驱动器发送TTL脉冲。具体包括：

当光纤激光器接收到住控制器发送的激光触信号后，开始以第一预设频率发射波长为预设波长的激光脉冲。

本发明实施例中的光纤激光器为工作波长为1550纳米的掺铒光纤激光器，激光器以125千赫的重复频率产生激光脉冲。其中，激光脉冲的持续时间为第一预设时长。本发明实施例将第一预设时长优选在800ps。

本发明实施例中，光纤激光器使用光纤与准直处理器耦合，发出的激光脉冲通过光纤传输至准直器进行准直处理，得到准直激光脉冲。准直激光脉冲入射到扩束器，进行扩束处理，得到扩束激光脉冲。然后，扩束激光脉冲传输至光路改变处理***进行光路改变，得到第一激光脉冲，其具体处理方法包括：

首先，扩束激光脉冲由第一反射镜面进行反射后通过环形反射镜的小孔投射第一扫描镜。

其次，经过第一扫描镜反射后的扩束激光脉冲通过中继透镜组投射到第二扫描镜。

再次，经过第二扫描镜进行反射后的扩束激光脉冲投射到第二反射镜面。

最后，经过第二反射镜面反射后的扩束激光脉冲通过目镜进行校准处理后透过望远镜，生成第一激光束。

这样，由光纤激光器发射的激光脉冲就按照既定的方向照射到目标场景的相应位置。

在光纤激光器开始发射激光脉冲的同时，数字延迟脉冲发生器根据接收到的激光触发信号启动扫描仪现场可编程门阵列FPGA，FPGA开始记录激光脉冲的个数，生成第一数量，并向扫描镜伺服驱动器发送TTL脉冲。

步骤103，目标场景对第一激光脉冲进行反射，得到反射光脉冲；反射光脉冲经望远镜进行收集，并经过光路改变***进行光路改变处理后引导至单光子雪崩二极管SPAD探测器。

具体的，第一激光脉冲照射到目标场景后，被目标场景反射，为了方便描述，本发明实施例中将被目标场景反射后的第一激光脉冲记做反射脉冲。反射光脉冲入射到望眼镜，在经过望眼镜后投射到光路改变***，有光路改变***中的部件进行引导至SPAD探测器。光路改变***的引导过程包括：

首先，透过望远镜的反射光脉冲经过目镜进行校准处理后投射到第二反射镜面。

然后，经过第二反射镜面发射后的反射光脉冲投射到第二扫描镜。

之后，经过第二扫描镜反射的发射光脉冲通过中继透镜组投射到第一扫描镜。

然后，经过第一扫描镜发射后的反射光经过环形反射镜进行反射处理后投射到聚焦透镜上。

最后，经过聚焦透镜进行聚焦处理后的反射脉冲通过光谱滤波器后聚焦在SPAD探测器的有效区域上。

本发明实施例中，聚焦透镜的设置位置要保证，环形反射镜将反射光脉冲反射到聚焦透镜后，有透镜聚焦后的放射光脉冲正好能够在SPAD探测器的活跃区域产生一个焦点，以使得SPAD探测器能够准确探测到反射光脉冲。

本发明实施例中，在步骤102中的光路改变处理和在本步骤中的光路改变处理同时用到了环形反射镜、第一扫描镜、第二扫描镜、第二反射镜面和目镜,这种设计使得扩束后的激光脉冲和接收到的反射光脉冲经过相同的路径进行对准，也即是说，这种共用光路的方法能够简化光学对准的复杂性。

步骤104，FPGA判断第一数量等于第一预设数量时，触发扫描镜根据预设位置数据改变位置，并将TTL脉冲释放给时间间隔分析仪。

具体的，本发明的***中，通过对扫描镜的位置调节来改变第一激光脉冲的岀射方向，以达到使激光脉冲扫描的位置发生改变。扫描镜伺服驱动控制扫描镜的位置变化。本发明的单光子成像方法能够完成多种分辨率的成像。可以提供的分辨率的大小和其相对应的扫描镜位置数据提前生成并保存在***存储设备中，用户可以根据需要从多种分辨率中选定一种。例如，分辨率包括85×85、32×32、40×80、40×80、100×100等，用于选定的分辨率为32×32，那么也就选定了32×32的分辨率对应的预设位置数据。当FPGA判断第一数量等于第一预设数量时，扫描镜伺服驱动根据预设位置数据对扫描镜的位置进行改变，没判断一次扫描镜的位置改变到下一个位置。由此，在实际采集过程中，如果扫描镜对预设位置数据中的所有位置都改变过了，那么说明***完成了对目标场景所有点的扫描。在每改变一次位置后，扫描镜伺服驱动将TTL脉冲释放给时间间隔分析仪。

步骤105，时间间隔分析仪根据TTL脉冲获取时间标签，对SPAD探测器接收到的反射光脉冲进行时间标记，生成光子数据；并对第二预设时长内接收到的发射光脉冲的个数进行记录，生成第二数量。

具体的，时间间隔分析仪接收到TTL脉冲后，获取时间标签。其中，时间标签表示标记时间段，例如，本发明实施例的有选方案中，时间标签为80ps。

在获取时间标签后，SPAD探测器开启对发射光脉冲的探测，当探测到有反射光脉冲时，开启第二预设时长的计时处理，并开始对SPAD探测器接收到的反射光脉冲进行标记，生成光子数据。其中，标记的频率为由时间标签确定，例如，时间标签为80ps，那么SPAD探测器就每80ps标记一次。

步骤106，SPAD探测器根据光子数据和第二数量生成第一像素数据,并将第一像素数据发送给主控制器。

具体的，当第二预设时长到达时，SPAD探测器关闭，此时根据光子数据和第二数量生成第一像素数据。同时，将时间间隔分析仪重置为初始状态。

步骤107，当主控制器根据预设位置数据判断扫描镜完成所有位置的改变后，根据多个第一像素数据、预设位置数据进行深度图像重构，得到目标场景的深度图像数据。

具体的，主控制器根据预位置数据判断扫描镜是否完成了预设位置数据中的每个点对应位置改变，当判断扫描镜完成了所有位置的改变时，主控制器调用预设的算法根据多个第一像素数据、预设位置数据进行深度图像重构，得到目标场景的深度图像数据。

本发明实施例的可选方案中，深度图像重构的过程包括：

首先，主控制器根据第一像素数据生成光子返回的时间直方图。

其次，主控制器使用最小二乘曲线拟合算法以预设时间宽度对直方图进行峰值定位分析处理，得到第一像素数据对应的峰值位置。其中，预设时间宽度为时间标签的时长，在本发明实施例中，取值为80ps。

最后，主控制器根据多个峰值位置对应的时间标记和预设位置数进行深度图像重构，得到目标场景的深度图像数据。也就是说，每个像素得到一个峰值对应的时间标记，然后根据每个时间标记，通过时间标记可以得到各像素的相对深度数据值，之后，根据每个像素的相对深度值与预设位置数据中每个像素的对应关系可以重构出深度图像数据。

本发明实施例一提供一种单光子成像方法，其方法基于单光子成像***，利用合理的光路设解决了背反射问题，且简化了复杂的光学对对准，使得成像距离达到10.5千米，并同时显著提高成像效果。

本发明实施例二提供了一种单光子成像***，包括：主控制器、光纤激光器、准直器、扩束器、光路改变处理***、望远镜、计时电子***和单光子雪崩二极管SPAD探测器，能够实现本发明实施例一提供的单光子成像方法。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单光子成像方法，其特征在于，所述方法包括：主控制器接收外部输入的图像采集指令，生成激光触发信号，并发送给光纤激光器；

所述光纤激光器根据所述激光触发信号以第一预设频率发出激光脉冲，所述激光脉冲经过准直处理、扩束处理和光路改变处理后生成第一激光脉冲，向目标场景发射；数字延迟脉冲发生器根据所述激光触发信号启动扫描仪现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA记录所述激光脉冲的个数，生成第一数量，并向扫描镜伺服驱动器发送TTL脉冲；

所述目标场景对所述第一激光脉冲进行反射，得到反射光脉冲；所述反射光脉冲经望远镜进行收集，并经过光路改变***进行光路改变处理后引导至单光子雪崩二极管SPAD探测器；

FPGA判断所述第一数量等于第一预设数量时，触发扫描镜根据预设位置数据改变位置，并将所述TTL脉冲释放给时间间隔分析仪；

所述时间间隔分析仪根据所述TTL脉冲获取时间标签，对所述SPAD探测器接收到的反射光脉冲进行时间标记，生成光子数据；并对第二预设时长内接收到的所述发射光脉冲的个数进行记录，生成第二数量；

所述SPAD根据所述光子数据和所述第二数量生成第一像素数据，并将所述第一像素数据发送给所述主控制器；

当所述主控制器根据所述预设位置数据判断所述扫描镜完成所有位置的改变后，根据多个所述第一像素数据、所述预设位置数据进行深度图像重构，得到所述目标场景的深度图像数据。

2.根据权利要求1所述单光子成像方法，其特征在于，所述激光脉冲经过准直处理、扩束处理和光路改变处理后生成第一激光脉冲具体包括：

所述激光脉冲经过光纤传输至准直器进行准直处理，得到准直激光脉冲；

所述扩束器对所述准直激光脉冲进行扩束处理，得到扩束激光脉冲；

所述扩束激光脉冲经过光路改变处理***进行光路改变处理，得到所述第一激光脉冲。

3.根据权利要求2所述单光子成像方法，其特征在于，所述扩束激光脉冲经过光路改变处理***进行光路改变处理，得到所述第一激光脉冲具体包括：

所述扩束激光脉冲由第一反射镜面进行反射后通过环形反射镜的小孔投射第一扫描镜；

经过所述第一扫描镜反射后的所述扩束激光脉冲通过中继透镜组投射到第二扫描镜；

经过所述第二扫描镜进行反射后的所述扩束激光脉冲投射到第二反射镜面；

经过第二反射镜面反射后的所述扩束激光脉冲通过目镜进行校准处理后透过望远镜，生成第一激光束。

4.根据权利要求1所述单光子成像方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述主控制器根据预设电流数据对所述光纤激光器的电流驱动器进行调节，从而调节光纤激光器的输出功率。

5.根据权利要求1所述单光子成像方法，其特征在于，所述激光脉冲的持续时间为第一预设时长。

6.根据权利要求5所述单光子成像方法，其特征在于，所述第一预设时长为800ps。

7.根据权利要求1所述单光子成像方法，其特征在于，所述第一预设频率为125千赫。

8.根据权利要求1所述单光子成像方法，其特征在于，所述反射光脉冲经望远镜进行收集，并经过光路调节模块进行光路改变处理后引导至单光子雪崩二极管SPAD探测器具体包括：

透过所述望远镜的反射光脉冲经过目镜进行校准处理后投射到第二反射镜面；

经过第二反射镜面发射后的反射光脉冲投射到第二扫描镜；

经过第二扫描镜反射的发射光脉冲通过中继透镜组投射到第一扫描镜；

经过第一扫描镜发射后的反射光脉冲经过环形反射镜进行反射处理后投射到聚焦透镜上；

经过所述聚焦透镜进行聚焦处理后的反射脉冲通过光谱滤波器后聚焦在所述SPAD探测器的有效区域上。

9.根据权利要求1所述单光子成像方法，其特征在于，所述主控制器根据多个所述第一像素数据、所述预设位置数据进行深度图像重构，得到所述目标场景的深度图像数据具体包括：

所述主控制器根据第一像素数据生成光子返回的时间直方图；

所述主控制器使用最小二乘曲线拟合算法以预设时间宽度对直方图进行峰值定位分析处理，得到第一像素数据对应的峰值位置；

所述主控制器根据多个峰值位置对应的时间标记和所述预设位置数进行深度图像重构，得到所述目标场景的深度图像数据。

10.一种单光子成像***，其特征在于，所述***包括：主控制器、光纤激光器、准直器、扩束器、光路改变处理***、望远镜、计时电子***和单光子雪崩二极管SPAD探测器；其中，所述计时电子***进一步包括数字延迟脉冲发生器、扫描仪现场可编程门阵列FPGA和时间间隔分析仪；

所述主控制器，用于接收外部输入的图像采集指令，生成激光触发信号，并发送给光纤激光器；

所述光纤激光器，用于根据所述激光触发信号以第一预设频率发出激光脉冲；

所述准直器，用于对所述激光脉冲进行准直处理；

所述扩束器，用于对所述激光脉冲进行扩束处理；

所述光路改变处理***，用于对所述激光脉冲进行光路改变处理，生成第一激光脉冲，向目标场景发射；

所述数字延迟脉冲发生器，用于根据所述激光触发信号启动扫描仪现场可编程门阵列FPGA；

所述扫描仪现场可编程门阵列FPGA，用于记录所述激光脉冲的个数，生成第一数量，并向扫描镜伺服驱动器发送TTL脉冲；

所述目标场景对所述第一激光脉冲进行反射，得到反射光脉冲；

所述望远镜，用于收集所述反射光脉冲，并经过光路改变处理***进行光路改变处理后引导至所述单光子雪崩二极管SPAD探测器；

所述FPGA，还用于判断所述第一数量等于第一预设数量时，触发扫描镜根据预设位置数据改变位置，并将所述TTL脉冲释放给所述时间间隔分析仪；

所述时间间隔分析仪，用于根据所述TTL脉冲获取时间标签，对所述SPAD探测器接收到的反射光脉冲进行时间标记，生成光子数据；并对第二预设时长内接收到的所述发射光脉冲的个数进行记录，生成第二数量；

所述SPAD探测器，还用于根据所述光子数据和所述第二数量生成第一像素数据，并将所述第一像素数据发送给所述主控制器；

所述主控制器，还用于根据所述预设位置数据判断所述扫描镜完成所有位置的改变后，根据多个所述第一像素数据、所述预设位置数据进行深度图像重构，得到所述目标场景的深度图像数据。

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