[發(fā)明專利]一種基于單元單光子探測(cè)器的三維成像激光雷達(dá)和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010573801.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN111736168A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川科魚光電科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S17/89
• 分類號(hào): G01S17/89;G01S7/4865
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 賴定珍

本發(fā)明公開了一種基于單元單光子探測(cè)器的三維成像激光雷達(dá)和方法，涉及三維成像領(lǐng)域。該激光雷達(dá)包括：激光器發(fā)射脈沖激光，主波探測(cè)器根據(jù)探測(cè)到的脈沖激光，來記錄脈沖激光的發(fā)射時(shí)間，光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)將另一部分脈沖激光照射到目標(biāo)物體上，光學(xué)接收系統(tǒng)接收目標(biāo)物體反射的脈沖激光，并傳送給光纖陣列單光子探測(cè)器，光纖陣列單光子探測(cè)器分時(shí)探測(cè)目標(biāo)物體反射的脈沖激光，獲得目標(biāo)物體的像元坐標(biāo)和像元回波的接收時(shí)刻，處理器根據(jù)發(fā)射時(shí)間、像元坐標(biāo)和接收時(shí)刻，確定距離矩陣，實(shí)現(xiàn)了僅使用單元單光子探測(cè)器即可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行非掃描三維成像，不存在相鄰單元單光子探測(cè)器間的相互干擾，且容易實(shí)現(xiàn)，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維成像領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單元單光子探測(cè)器的三維成像激光雷達(dá)和方法。

背景技術(shù)

三維成像激光雷達(dá)通過獲取目標(biāo)的距離信息來實(shí)現(xiàn)三維成像。其基本原理是通過測(cè)量激光脈沖往返雷達(dá)到目標(biāo)的時(shí)間來計(jì)算距離。為了獲得不同目標(biāo)點(diǎn)的距離，一般可采用掃描式或非掃描式模式。一般激光雷達(dá)的陣列單光子探測(cè)器是由多個(gè)單元單光子探測(cè)器排列而成，而這種探測(cè)器的缺點(diǎn)是，探測(cè)器陣列中每個(gè)單光子探測(cè)器響應(yīng)效率不一致，影響陣列探測(cè)總體效果。并且相鄰單光子探測(cè)器存在串?dāng)_，影響陣列探測(cè)整體效果，排列要求高，難以實(shí)現(xiàn)，成本還高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于單元單光子探測(cè)器的三維成像激光雷達(dá)和方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種基于單元單光子探測(cè)器的三維成像激光雷達(dá)，包括：激光器、主波探測(cè)器、光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)、光學(xué)接收系統(tǒng)、光纖陣列單光子探測(cè)器和處理器；

所述激光器用于發(fā)射脈沖激光；

所述主波探測(cè)器用于根據(jù)探測(cè)到的一部分所述脈沖激光，來記錄所述脈沖激光的發(fā)射時(shí)間；

所述光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)用于將另一部分所述脈沖激光照射到目標(biāo)物體上；

所述光學(xué)接收系統(tǒng)用于接收所述目標(biāo)物體反射的所述脈沖激光，并傳送給光纖陣列單光子探測(cè)器；

所述光纖陣列單光子探測(cè)器用于分時(shí)探測(cè)所述目標(biāo)物體反射的所述脈沖激光，獲得像元坐標(biāo)和像元回波的接收時(shí)刻；

所述處理器用于根據(jù)所述發(fā)射時(shí)間、所述像元坐標(biāo)和接收時(shí)刻，確定距離矩陣，從而獲得所述目標(biāo)物體的三維圖像。

本發(fā)明的有益效果是：本方案通過激光器發(fā)射脈沖激光，主波探測(cè)器根據(jù)探測(cè)到的激光來記錄脈沖激光的發(fā)射時(shí)間，光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)將另一部分脈沖激光照射到目標(biāo)物體上，光學(xué)接收系統(tǒng)接收目標(biāo)物體反射的脈沖激光，并傳送給光纖陣列單光子探測(cè)器，光纖陣列單光子探測(cè)器分時(shí)探測(cè)反射的脈沖激光，獲得目標(biāo)物體的像元坐標(biāo)和像元回波的接收時(shí)刻，處理器根據(jù)發(fā)射時(shí)間、像元坐標(biāo)和接收時(shí)刻，確定距離矩陣，從而獲得目標(biāo)物體的三維圖像；通過包括激光器、主波探測(cè)器、光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)、光學(xué)接收系統(tǒng)、光纖陣列單光子探測(cè)器和處理器的激光雷達(dá)，結(jié)構(gòu)緊湊、成像幀頻高、對(duì)激光脈沖頻率要求低，實(shí)現(xiàn)了僅使用單元單光子探測(cè)器即可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行非掃描三維成像，不存在相鄰單元單光子探測(cè)器間的相互干擾，且容易實(shí)現(xiàn)，成本低。

進(jìn)一步地，所述光纖陣列單光子探測(cè)器由光纖陣列和一個(gè)單元單光子探測(cè)器組成；

所述光纖陣列的每一個(gè)像元的基準(zhǔn)光纖和時(shí)延光纖合束為一根光纖與單光子探測(cè)器相連。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本方案光纖陣列單光子探測(cè)器由光纖陣列和一個(gè)單元單光子探測(cè)器組成，光纖陣列的每一個(gè)像元的基準(zhǔn)光纖和時(shí)延光纖合束為一根光纖與單光子探測(cè)器相連，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了陣列中單光子探測(cè)器響應(yīng)效率一致，不存在相鄰單元單光子探測(cè)器間的相互干擾，并且排列要求相對(duì)低，容易實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，所述距離矩陣包括：

L(i，j)＝[T(2)(i，j)-T1]×c/2，