[發(fā)明專利]一種3D/2D非掃描激光雷達(dá)復(fù)合成像裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410729773.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104483676A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓紹坤;夏文澤;王亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S17/89
• 分類號(hào): G01S17/89
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種3D/2D非掃描激光雷達(dá)復(fù)合成像裝置，屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在軍事、民用等領(lǐng)域，現(xiàn)有的被動(dòng)成像方式已經(jīng)滿足不了社會(huì)發(fā)展的需要?，F(xiàn)有的被動(dòng)成像方式只能得到物體的強(qiáng)度像而無(wú)法得到物體的三維信息，所以以激光雷達(dá)為代表的主動(dòng)成像方式變的尤為重要。當(dāng)前成像激光雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)方式有很多，采用掃描方式的激光雷達(dá)已經(jīng)比較成熟，但是掃描激光雷達(dá)有著一些固有的缺點(diǎn)，掃描機(jī)制使雷達(dá)無(wú)法對(duì)高速移動(dòng)的物體進(jìn)行成像、掃描機(jī)構(gòu)的存在降低了整體的機(jī)構(gòu)可靠性、增加了機(jī)構(gòu)的體積和重量等這些無(wú)法克服的問(wèn)題預(yù)示著非掃描成像方式最終一定會(huì)取代掃描成像方式。實(shí)現(xiàn)非掃描成像激光雷達(dá)的方式同樣有很多，就其未來(lái)發(fā)展前景來(lái)說(shuō)，由于APD陣列的成像方式具有主要器件均為硅材料器件、加工技術(shù)成熟、便于集成、無(wú)真空輔助器件等優(yōu)勢(shì)，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N成像方式，。

但是受到當(dāng)前加工工藝的限制，APD陣列探測(cè)器的像素?cái)?shù)還不能做到太大，這樣的像素?cái)?shù)很難滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，因此很難直接用APD陣列探測(cè)器得到高分辨率距離圖像。當(dāng)前焦平面陣列探測(cè)器的發(fā)展要優(yōu)于APD陣列探測(cè)器發(fā)展，焦平面陣列可以做到的像素?cái)?shù)量遠(yuǎn)大于APD陣列探測(cè)器的像素?cái)?shù)，利用焦平面陣列的成像方式，可以得到物體的強(qiáng)度像。經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)物體的距離像和強(qiáng)度像之間存在著某種聯(lián)系，可以利用這種聯(lián)系將APD陣列探測(cè)器的低分辨率距離像與焦平面陣列探測(cè)器的高分辨率強(qiáng)度像進(jìn)行融合得到一幅擁有較高分辨率的距離圖像。這樣可以彌補(bǔ)APD陣列探測(cè)器無(wú)法做到多像素的缺點(diǎn)，可以得到一幅具有高分辨率的距離圖像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決了當(dāng)前APD陣列探測(cè)器無(wú)法做到多像素的問(wèn)題，提出了一種APD陣列探測(cè)器數(shù)據(jù)與焦平面陣列數(shù)據(jù)相融合的裝置。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明是一種3D/2D非掃描激光雷達(dá)復(fù)合成像裝置。該裝置包括短波紅外激光器、反射鏡、APD探測(cè)器、擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)、接收光學(xué)系統(tǒng)、濾光片、半透半反鏡、APD陣列探測(cè)器、放大電路、TDC計(jì)時(shí)電路、焦平面陣列探測(cè)器、DSP高速數(shù)據(jù)處理板卡和顯示器；

所述的短波紅外激光器在接收到脈沖觸發(fā)信號(hào)時(shí)發(fā)射大電流窄脈沖信號(hào)；

所述的反射鏡對(duì)光能量進(jìn)行分割；

所述的APD探測(cè)器將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號(hào)；

所述的擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)具有兩組鏡頭，并且鏡頭表面鍍有905nm的紅外增透膜，兩組鏡頭分別用于激光束的擴(kuò)束和整形；

所述的接收光學(xué)系統(tǒng)是大口徑長(zhǎng)焦的折反射式望遠(yuǎn)接收光學(xué)系統(tǒng)；

所述的濾光片能夠?qū)饽芰窟M(jìn)行選通；

所述的半透半反鏡對(duì)光能量進(jìn)行分割，其中50％的光能量被反射和50％的光能量被透射；

所述的APD陣列探測(cè)器和焦平面陣列探測(cè)器是面陣的接收器件；

所述的放大電路對(duì)APD陣列探測(cè)器輸出的每一路電信號(hào)進(jìn)行一致的放大；

所述的TDC計(jì)時(shí)電路對(duì)APD陣列探測(cè)器輸出的每一路電信號(hào)進(jìn)行精確的計(jì)時(shí)；

所述的高速數(shù)據(jù)處理板卡是基于DSP芯片設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理板卡，該芯片同時(shí)作為控制芯片使用，是整個(gè)系統(tǒng)的控制端；

所述的顯示器是液晶顯示器。

工作過(guò)程為：短波紅外激光器發(fā)射短波紅外激光光束，激光光束經(jīng)擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)后射向目標(biāo)并被反射，經(jīng)望遠(yuǎn)接收光學(xué)系統(tǒng)接收，被接收的光線經(jīng)過(guò)濾光玻璃濾除背景光線。當(dāng)光線照射到半透半反鏡上時(shí)，光線被分成兩束，其中一束照射到APD陣列探測(cè)器，生成一幅低分辨率距離像；另一束光束照射到焦平面陣列探測(cè)器以生成一幅高分辨率強(qiáng)度像，高速數(shù)據(jù)處理板卡對(duì)兩幅圖像進(jìn)行算法處理得到高分辨率距離圖像。

有益效果

本發(fā)明利用低分辨率的APD距離圖像與高分辨率的焦平面強(qiáng)度圖像進(jìn)行融合，最終得到高分辨率的距離圖像，解決了當(dāng)前由于材料工藝限制而無(wú)法制造高分辨率APD陣列探測(cè)器、無(wú)法得到高分辨率距離圖像的問(wèn)題。擴(kuò)展了APD陣列探測(cè)器的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中一種3D/2D非掃描激光雷達(dá)復(fù)合成像裝置的示意圖；

其中，1-短波紅外激光器、2-反射鏡、3-APD單點(diǎn)探測(cè)器、4-擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)、5-接收光學(xué)系統(tǒng)、6-濾光片、7-半透半反鏡、8-APD陣列探測(cè)器、9-高速放大電路、10-TDC計(jì)時(shí)電路、11-焦平面陣列探測(cè)器、12-高速數(shù)據(jù)處理板卡、13-液晶顯示器；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例