[發明專利]基于線激發光源的面探測激光熒光雷達及探測方法

有效

• 申請號: 201711063661.9
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107991685B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 林宏澤
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明涉及基于線激發光源的面探測激光熒光雷達及探測方法。目前的激光熒光雷達的結構與傳統激光雷達相似，結構比較復雜，價格昂貴，對于距離信息則無法獲得。本發明包括線激發光源、鏡頭、濾波片、彩色CCD或CMOS，線激發光源照亮的平面、鏡頭所在平面、彩色CCD或CMOS所在平面三個平面相交于一條直線。具體探測方法是：首先進行標定；然后測量，還原熒光發生位置，形成隨時域的二維熒光圖像；最后針對不同應用場景，對采集的數據進行模式識別訓練，或根據模式對新測到的數據進行判斷。本發明沒有掃描空隙，不容易遺漏信息，對近場的探測性能尤為出色，提高了探測效率，同時為后續的數據處理與模型建立提供了空間。

技術領域

本發明屬于激光熒光雷達探測領域，涉及一種基于線激發光源的面探測激光熒光雷達及探測方法。

背景技術

激光雷達作為一種先進的測距手段，被廣泛地應用到各種地形地貌探測、障礙物探測等應用場景中。傳統的激光雷達使用飛行法或相位法來確定單點的位置信息。通過電機旋轉得到一周360度得到一個平面上的障礙物位置信息。這種方式對電機的旋轉角度定位有較高要求。由于只是接收反射光信號，因而傳統的激光雷達只能判斷目標的有無，而不能判斷目標是什么。熒光檢測是對探測目標物信息的有力補充。由于不同的化學成分有其不同的熒光特性，因而通過分析熒光光譜，可以區分不同的目標，達到分類的要求。目前的激光熒光雷達主要用于海洋探測和農業遙感，其結構與傳統激光雷達相似，但光源會使用大功率的脈沖激光器，探測器會使用濾波片加光電倍增管組的形式，結構比較復雜，價格昂貴，并且主要用于遠場檢測，對于近場則會受限于光學系統的近場噪聲而無法探測，只能用于熒光檢測，對于距離信息則無法獲得。

發明內容

本發明的目的就是針對現有激光熒光雷達單線掃描容易遺漏、近場檢測能力不足、機械結構復雜、穩定性要求高、掃描速率低、價格昂貴等問題，提出了一種基于線激發光源的面探測激光熒光雷達的探測方法。

本發明的基于線激發光源的面探測激光熒光雷達包括線激發光源、鏡頭、濾波片、彩色CCD(Charge-coupled Device，電荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互補金屬氧化物半導體)、計算分析單元，線激發光源照亮的平面、鏡頭所在平面、彩色CCD或CMOS所在平面三個平面相交于一條直線；彩色CCD或CMOS與光源照亮平面所成角度其中α為線激發光源照亮的平面與鏡頭所在平面的夾角，L為鏡頭中心位置與線激發光源照亮的平面之間的距離，F為鏡頭的焦距。

線激發光源作為激發光照亮一個平面，并激發平面內被照亮的物體產生熒光。熒光和反射的激發光被鏡頭收集，在通過濾波片時，激發光被濾去，熒光成像在彩色CCD或CMOS上。根據成像位置，可以還原出熒光的位置，實現雷達的功能。根據RGB三個通道對熒光進行分析，可以獲得被激發物的信息，從而為物質分類、判斷提供依據。

由于各光學元件的偏差，實際彩色CCD或CMOS與線激發光源照亮的平面所成角度可能與理論計算存在±2度內的偏差；通過調節參數α、L、F，實現調節激光雷達測距與空間探測范圍。

該基于線激發光源的面探測激光熒光雷達的探測方法，具體步驟是：

步驟(1).標定過程：在距離激光照亮平面坐標為(M,N)的位置放置熒光發生物，熒光發生物被激光照射激發熒光，熒光在CCD或CMOS上成像出亮點，坐標為(m,n)，計算出參數坐標(P,Q)：

步驟(2).測量過程：當有物體出現在線激發光源照亮的平面時，線激發光源激發物體產生熒光，熒光經透鏡成像在彩色CCD或CMOS相應位置上；

步驟(3).使用根據CCD或CMOS上亮點位置(h,w)，還原熒光發生位置(H,W)：