激光雷达非视域探测文献综述
摘 要：非视域探测是一种新型针对视线外目标的计算成像技术,它以时间飞行探测技术为基础,通过探测被隐藏在视域之外的物体反射回来的光子利用重建算法来重建隐藏物体的像,在自动驾驶、灾难救援、医学成像和军事反恐等方面有着广阔的应用前景。成像激光雷达具有横向分辨率高、测距误差小、成像速度快、体积重量小等优点，因而被广泛地应用于民用和军用领域中，随着器件技术的发展，特别是高灵敏度、高时间分辨率的探测器的出现，激光雷达的非视域成像正在逐渐受到研究人员的关注。本文拟主要介绍光子计数激光雷达的工作原理及国内外研究现状，同时对近些年来发展的激光雷达非视域探测的研究现状进行介绍和分析，并展望非视域探测技术未来的发展方向。
关键词：激光雷达；光子计数；非视域探测
引言
随着激光探测技术的快速发展和探测器精度的提高，出现了一种新的光学探测模式，即非视域探测技术。它是专门针对探测器视线以外的区域探测，如墙体拐角后面、烟雾后面的物体。与传统的光学探测技术最大的不同在于：它是对光线不能直接到达的区域，或者说人眼看不到的区域的隐藏物体探测[1]。传统的光学探测技术是通过探测器对于能够看到的物体进行探测，而非视域探测技术是专门针对于隐藏物体进行探测。这项技术的关键技术是利用激光照射到中介面上，进行漫反射，光经过漫反射后二次传输到隐藏物体上，从而间接获取隐藏物体的信息，最终对隐藏物体进行探测[2]-[4]。
近 10 年来，随着激光探测技术和探测器技术的不断成熟，国内外非视域探测技术也得到了快速的发展。激光非视域探测技术正从实验室阶段慢慢走向实际应用。由于其能够对人眼不能观察到的区域进行探测的特性，非视域成像在无人驾驶、灾难救援、医学成像和军事反恐等领域具有非常广阔的前景。本文通过对激光非视域探测原理进行探究，同时报告了国内外激光非视域探测技术的发展。国内非视域探测技术虽然在近些年来不断发展，但是相对国外仍然处于起步阶段，其理论知识仍然不够完善，需要我们通过建模等方式对国内非视域探测领域添砖加瓦。
激光雷达非视域探测的工作原理
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- 激光雷达方程
脉冲激光雷达在仅考虑大气衰减的情况下，接收到的回波信号可以抽象的认为是由发射信号经过两次菲涅尔衍射及一次目标反射得到的。[5]
若目标与测距机的距离为，发射激光束的发散角为，发射光学系统透过率为，接收光学系统透过率为，激光脉冲在大气中的透射率为，目标在激光光束横截面处的有效面积为，在目标位置的激光束横截面面积为，目标的法线方向为，发射光学系统光轴与目标法线方向的夹角为，为探测器光敏面积,为视场。如图1所示为激光雷达测距模型。
- 测距模型
若出射激光脉冲功率为，那么到达目标处的总激光功率为，一般为简化分析，假设光束在目标处的功率分布是均匀的，因此目标被激光脉冲照射部分的入射通量(单位为W)为：
若目标对激光脉冲的反射率为,得到目标散射激光的辐射强度为
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