[發明專利]一種多波束光子計數激光成像方法

有效

• 申請號: 201811406552.7
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109521438B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 吳光;鄭天翔;申光躍;李召輝;龐程凱;伍狄;施皓天;楊雷
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894
• 代理公司: 上海申蒙商標專利代理有限公司 31214
• 代理人: 黃明凱

本發明公開了一種多波束光子計數激光成像方法，該方法包括以下步驟：激光發射裝置產生多波束激光脈沖對成像目標進行掃描，同時將多波束激光脈沖的同步信號傳輸至時間相關單光子符合計數模塊，利用一個單像素單光子探測器對回波信號進行探測并將計數信號傳輸至時間相關單光子符合計數模塊，時間相關單光子符合計數模塊分析得到多波束激光脈沖的飛行時間以此求取成像目標上的各掃描位置的距離，從而構建成像目標的三維圖像。本發明的優點是：通過采用相位互相隨機、重復頻率不相等的多波束激光脈沖作為掃描激光，使得探測端僅用一個單像素單光子探測器便可實現多波束復用探測，在保證成像精度的同時簡化了探測結構，降低了設備成本。

技術領域

本發明涉及激光成像技術領域，具體涉及一種多波束光子計數激光成像方法。

背景技術

激光成像技術具有橫向分辨率高、測距誤差小、成像速度快、體積重量小等優點，目前基于飛行時間的激光成像是一項較為成熟的技術，在各方面有著廣泛的應用，多波束光子計數激光成像是其中一個重要的分支。然而多波束光子計數激光成像系統通常采用單光子探測器陣列作為信號探測端，需要用到多個單光子探測器，其技術難度高，價格昂貴。

發明內容

本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供了一種多波束光子計數激光成像方法，通過采用相位互相隨機、重復頻率不相等的多波束激光脈沖作為掃描激光，使用一個單像素單光子探測器作為探測端同時探測多波束的回波信號，通過時間相關單光子符合計數模塊測量對應光子的飛行時間，從而計算得到成像目標距離的點云數據，實現激光三維成像。

本發明目的實現由以下技術方案完成：

一種多波束光子計數激光成像方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：激光發射裝置產生多波束激光脈沖，并通過光束掃描裝置對成像目標進行掃描，同時將所述多波束激光脈沖的同步信號傳輸至時間相關單光子符合計數模塊，單像素單光子探測器對所述成像目標的回波信號進行探測并將計數信號傳輸至所述時間相關單光子符合計數模塊，所述時間相關單光子符合計數模塊分析得到所述多波束激光脈沖的飛行時間以此求取所述成像目標上的各掃描位置的距離，從而構建所述成像目標的三維圖像。

所述回波信號先經由接收光學裝置接收再利用所述單像素單光子探測器進行探測。

所述多波束激光脈沖中的各個波束激光脈沖的相位互相隨機且重復頻率互不相等。

所述時間相關單光子符合計數模塊包括與所述多波束激光脈沖波束數量相同的時間間隔測量單元。

求取所述成像目標上的各所述掃描位置的距離的具體方法為：每個所述時間間隔測量單元對所述計數信號與一路所述同步信號進行時間相關單光子符合計數，記錄所述計數信號與所述同步信號之間的時間間隔，通過多個周期的計數積累得到所述計數信號中與所述同步信號頻率一致的計數脈沖的計數峰，而與所述同步信號頻率不一致的所述計數信號的計數脈沖將呈隨機分布，無法得到計數峰，從而計算出各所述掃描位置的距離，計算公式為：，其中，為所述掃描位置與對應光子出射位置之間的距離，c為所述對應光子在空氣中的傳播速度，為所述計數信號的所述計數信號的計數峰與所述同步信號的時間間隔，n為各個波束的序號。

所述時間相關單光子符合計數模塊與一計算機連接，所述計算機接收所述時間相關單光子符合計數模塊傳入的所述時間間隔數據，然后根據所述計算公式計算各所述掃描位置的距離并將其以點云數據形式進行存儲，從而構建所述成像目標的三維圖像。

所述光束掃描裝置為振鏡、轉鏡或電控旋轉臺中的一種，所述光束掃描裝置由所述計算機連接控制。

所述激光發射裝置包括脈沖激光光源和準直器。所述激光發射裝置包括脈沖激光光源和準直器。

本發明的優點是：通過采用相位互相隨機、重復頻率不相等的多波束激光脈沖作為掃描激光，使得探測端僅用一個單像素單光子探測器便可實現多波束復用探測，在保證成像精度的同時簡化了探測結構，降低了設備成本。

附圖說明