[發(fā)明專利]一種基于陣列探測單元的三維激光成像系統(tǒng)及成像方法

有效

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• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104181547A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫劍;徐飛;尤政
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維激光成像技術(shù)，尤其涉及一種基于陣列探測單元的三維激光成像系統(tǒng)及成像方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)與人類社會的不斷進步，人們對目標距離的測量提出了越來越高的要求，特別是高速飛行器，地形測繪，數(shù)字城市等應(yīng)用都需要高精度的距離測量技術(shù)。激光三維成像技術(shù)是目前的一種比較先進，精度較高的距離測量技術(shù)。現(xiàn)有的三維激光成像技術(shù)通常包含僅包含有一個激光探測裝置，通過測量目標的距離和掃描機構(gòu)的轉(zhuǎn)角，從而獲得目標的三維輪廓信息，但是，為了提高三維激光成像的速度，激光掃描裝置的掃描速度越來越快，高速、高精度的獲取掃描鏡轉(zhuǎn)角信息難度很大，在這種情況下，設(shè)計一種不需要測量掃描鏡轉(zhuǎn)角信息的三維激光成像技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點，提供一種不需要測量掃描鏡偏轉(zhuǎn)角的基于陣列探測單元的三維激光成像技術(shù)。

為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的基于陣列探測單元的三維激光成像系統(tǒng)包括：包括與計算機相連接的激光器，在激光器的激光光軸上設(shè)置有通過掃描鏡驅(qū)動模塊與計算機連接的掃描鏡，所述的掃描鏡將接收到的激光光束反射給位于掃描鏡反射光路上的被測目標，在被測目標的反射光路上設(shè)置有N組用于接受被測目標反射激光的光電探測器，每組光電探測器的輸出端連接有測時模塊；

所述的測試模塊包括N組恒比定時模塊以及M路GP2測時模塊；所述的相鄰兩組恒比定時模塊的輸出端與對應(yīng)的GP2測時模塊的輸入端相連，GP2測時模塊的輸出端與計算機相連，其中M＝N‐1，N≥4。

所述的激光器為脈沖激光器。

所述的光電探測器為APD光電探測器。

所述的N組光電探測器分別對應(yīng)安裝在N個探測器支架上，且N個探測器支架的一端均與固定板相連,每組光電探測器距相應(yīng)的探測器支架端點的距離均相等，且探測器支架與固定板支架夾角為α。

所述的恒比定時模塊包括第一路恒比定時模塊、第二路恒比定時模塊、第三路恒比定時模塊、第四路恒比定時模塊···以及第N路恒比定時模塊；

所述的GP2測時模塊包括第一個GP2測時模塊、第二個GP2測時模塊(8‐2)、第三個GP2測時模塊···以及第M個GP2測時模塊；

其中，第一路恒比定時模塊的輸出端、第二路恒比定時模塊的輸出端與第一個GP2測時模塊相連，第二路恒比定時模塊的輸出端、第三路恒比定時模塊的輸出端與第二個GP2測時模塊相連，第三路恒比定時模塊的輸出端、第四路恒比定時模塊的輸出端與第三個GP2測時模塊相連，第n‐1路恒比定時模塊、第n路恒比定時模塊的輸出端與第m個GP2測時模塊相連,其中，n∈N,m∈M,m＝n‐1。

所述的N＝4，M＝3。

本發(fā)明的基于陣列探測單元的三維激光成像系統(tǒng)的成像方法，包括以下步驟：

1)、計算機輸出控制信號控制激光器發(fā)射激光，并通過控制掃描鏡驅(qū)動模塊不斷驅(qū)動掃描鏡轉(zhuǎn)動，將激光器發(fā)射的激光經(jīng)掃描鏡反射到被測目標的不同位置，激光經(jīng)被測目標后被反射回來，經(jīng)被測目標反射回來的激光被4組光電探測器接收；

2)、4組光電探測器接收到激光信號后分別產(chǎn)生4路電脈沖信號，4路電脈沖信號經(jīng)第一路恒比定時模塊、第二路恒比定時模塊、第三路恒比定時模塊以及第四路恒比定時模塊鑒別后生成4路時刻脈沖信號；

3)、4路時刻脈沖信號中的第1路和第2路時刻脈沖信號輸入到第一個GP2測時模塊中，第2路和第3路時刻脈沖信號輸入到第二個GP2測時模塊中，第3路和第4路時刻脈沖信號輸入到第三個GP2測時模塊中，設(shè)發(fā)射激光到達4個光電探測器的時間分別為t₁,t₂,t₃,t₄，通過測時模塊得到發(fā)射激光到達4個光電探測器的時間，則各光電探測器的時間差為：

Δ₁₂＝t₁-t₂??(1)

Δ₂₃＝t₂-t₃??(2)

Δ₃₄＝t₃-t₄??(3)；