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专利号: 2021103707419
申请人: 南京工业职业技术大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种直接序列时间相关光子计数误差补偿方法,其特征在于,具体步骤如下:S1、通过面阵扫描,矫正第x行y列对应像素探测到的光子计数值Rdetect(x,y),根据式(1)计算矫正后的光子计数值Ractual(x,y);

Ractual(x,y)=Rdetect(x,y)Corr(x,y)‑darkcounts               (1)其中,darkcounts为暗计数; Corr(x,y)为光子计数率矫正系数,dt为死时间;

S2、调整A盖格模式雪崩二极管所对应的固定光衰减器,使得经A盖格模式雪崩二极管到达时间记录仪的矫正后的光子计数值Ractual(x,y)等于直接序列中1的个数,作为参考路光子计数值,记为Rbase;

S3、通过调整偏振片和可调光衰减器来逐次减小反射回波的光强,获得N组不同光强的反射回波,记录B盖格模式雪崩二极管探测到第i组反射回波的光子数,根据式(1),计算矫正后的光子计数值记为Rdet(i),其中,0<i≤N;

S4、计算第i组矫正后的光子计数比例S5、重构经到达A盖格模式雪崩二极管和B盖格模式雪崩二极管的两路光子时间到达点x(n)、y(n),计算得到第n个时间单元对应的相关的光子计数值,也称为时间相关函数:C(n)‑1 * ‑1

=F {F[x(n)]×F[y(n)]};其中,F表示傅里叶变换,F 为傅里叶逆变换;

S6、计算第1组实验光子计数比例下,时间相关函数峰值左右各取50点的质心拟合深度值 其中,τ(n)为第n个时间单元的光子飞行时间值;

S7、重复步骤S3—S6,直到探测到的时间相关函数波严重失真,记下失真前一次,即第N次的光子计数比例值R(N)和其所对应的深度值d(N),记为深度参考值dreference;

S8、将得到的N组深度值d(i)(1≤i≤N)与参考深度值dreference相减,得到相应光子计数比例R(i)下的深度误差值derror[R(i)],即:derror[R(i)]=dreference‑d[i];

S9、计算补偿后的深度值dcorrect=d(i)+derror[R(i)];

S10、根据第x行y列对应像素获得原始深度矩阵d(x,y),以及校正后的光子计数比例矩阵R(x,y),代入步骤S9的公式中,得到补偿后的深度像为dcorrect(x,y)=d(x,y)+derror[R(x,y)]。

2.根据权利要求1所述的一种直接序列时间相关光子计数误差补偿方法,其特征在于,所述步骤S8中,derror[R(i)]=dreference‑d[i]的具体计算步骤为:S8.1采用步骤S6所述质心拟合算法计算深度值,结合对应光子计数比例值构成具有先验信息的原始数据;

S8.2设有N组距离误差值derror(i)(1≤i≤N),有N组光子计数比例R(i)(1≤i≤N)且两者满足系数为a的函数式: 其中a为未知参数,长度为k,即a=[a1,…,ak],且观测值derror与模型参数a成非线性关系;模型转化为计算公式的最小值;

S8.3采用线性最小二乘方法估计数据 并计算残差S8.4计算杠杆值 表示深度误差的平均值,hii表示第i次观测值与平均值之间距离的远近,因为大杠杆值的观测点远离样本中心,较大的杠杆值的残差偏小,通过其调整权重,降低异方差性对估计精度的影响;

S8.5给出调整后的残差表达式:

2

S8.6计算权重wi=1/e(i) ;

S8.7引入调整后的权重wi,计算合适的系数a,使 最小。

3.根据权利要求1所述的一种直接序列时间相关光子计数误差补偿方法,其特征在于,所述步骤S1中,面阵扫描具体步骤如下:准直器固定在二维导轨平台上,基于labview实时电控二维导轨工作,控制二维导轨上下运动,通过控制导轨最大行程和最小步长,带动准直器,逐点扫描,收集光脉冲信号,逐点计算时间相关函数波形,获得二维深度图像。

4.根据权利要求1所述的一种直接序列时间相关光子计数误差补偿方法,其特征在于,所述步骤S5中,两路光子到达A盖格模式雪崩二极管和B盖格模式雪崩二极管的具体步骤如下:

基于可编程逻辑器件的直接序列发生器选择发送2.5GHz的直接序列,以驱动垂直表面激光器发射光信号;

光信号通过1分2光分路器分为两路,其中一路作为参考信号经固定光衰减器耦合入A盖格模式雪崩二极管,另一路作为发射脉冲经多模光纤导入光环行器的A端口,然后从光环行器的B端口导出并通过准直器将发射脉冲发射至目标,经目标形成反射回波通过准直器重新导入光环行器的B端口,然后从光环行器的C端口导出并经可调光衰减器导入B盖格模式雪崩二极管。

5.根据权利要求4所述的一种直接序列时间相关光子计数误差补偿方法,其特征在于,所述直接序列为采用Matlab生成。