[發(fā)明專利]一種基于MEMS的3D雷達(dá)掃描成像系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110030985.2
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112859038A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦毅;姜鳴;任斌;王福杰;胡耀華;郭芳;姚智偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S17/89
• 代理公司: 北京欣鼎專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11834
• 代理人: 王陽虹

本發(fā)明提出一種基于MEMS的3D雷達(dá)掃描成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括掃描裝置、運動控制裝置和計算機(jī)，計算機(jī)分別與掃描裝置和運動控制裝置通信連接。掃描裝置包括轉(zhuǎn)臺、滑臺和安裝于滑臺的雷達(dá)，轉(zhuǎn)臺用于承載待測物體，雷達(dá)跟隨滑臺移動以對準(zhǔn)并掃描待測物體。雷達(dá)掃描待測物體的區(qū)域輪廓并輸出相應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)信息，雷達(dá)將所述掃描數(shù)據(jù)信息傳輸至計算機(jī)，以使計算機(jī)根據(jù)所接收的掃描數(shù)據(jù)信息生成待測物體的三維輪廓。從而使雷達(dá)的掃描范圍能夠覆蓋整個待掃描物體，具有成本低、掃描效率高、能夠適應(yīng)不同尺寸的待測物體等有益效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷達(dá)掃描成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MEMS的3D雷達(dá)掃描成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光三維成像的本質(zhì)是并行激光測距，按照測距方式可分為直接法和間接法。直接法測距的技術(shù)特點是利用面陣探測器直接測量每個像素點激光發(fā)射信號與回波信號的時間差，從而獲得目標(biāo)的距離像；間接法測距技術(shù)是將時間信息轉(zhuǎn)換為可探測的物理信息如光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、偏振態(tài)、圖像位置等，經(jīng)過數(shù)據(jù)收集和逆轉(zhuǎn)換處理，得到目標(biāo)的距離信息。距離選通成像技術(shù)的實質(zhì)是將對目標(biāo)的空間掃描轉(zhuǎn)換為時域掃描，適用于不同體制的激光三維成像雷達(dá)系統(tǒng)，是一種通用技術(shù)。

近年來興起的微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，以下簡稱MEMS)激光雷達(dá)，在構(gòu)建輕量化成像激光雷達(dá)上具有很大的潛力。該類激光雷達(dá)主要特點是采用MEMS微振鏡代替機(jī)械鏡作為掃描機(jī)構(gòu)，在體積、功耗和集成性上都有很大優(yōu)勢，且MEMS微振鏡的擺動頻率較高，在幀率上也有出色的表現(xiàn)。但由于MEMS微振鏡的鏡面尺寸僅僅為數(shù)毫米，作為接收光學(xué)組件時口徑有限，嚴(yán)重限制探測距離。為避開該缺點，一般采用旁軸光學(xué)系統(tǒng)，即MEMS微振鏡只作為發(fā)射激光掃描用途，由相對MEMS微振鏡而言口徑較大且視場能覆蓋發(fā)射激光掃描角度的光學(xué)鏡頭接收回波光。但該方法引入了新的問題：由于需要覆蓋全部成像視野，接收光學(xué)系統(tǒng)的接收視場角大，導(dǎo)致接收到的背景光光強(qiáng)大大增強(qiáng)，嚴(yán)重降低了信噪比，為有效探測信號，只能采取提高發(fā)射激光功率、壓縮視場角或縮短探測距離等補(bǔ)救措施，從而限制了MEMS型激光雷達(dá)的性能指標(biāo)和應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明提供一種基于MEMS的3D雷達(dá)掃描成像系統(tǒng)，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

一種基于MEMS的3D雷達(dá)掃描成像系統(tǒng)，包括掃描裝置、運動控制裝置和計算機(jī)，所述計算機(jī)分別與所述掃描裝置和所述運動控制裝置通信連接：所述掃描裝置包括轉(zhuǎn)臺、滑臺和雷達(dá)，所述轉(zhuǎn)臺用于承載待測物體，所述雷達(dá)跟隨所述滑臺移動，以對準(zhǔn)并掃描所述待測物體，所述雷達(dá)掃描所述待測物體的區(qū)域輪廓，并將相應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)信息傳輸至所述計算機(jī)；所述運動控制裝置控制所述掃描裝置的運動；所述計算機(jī)對所述運動控制裝置的運動進(jìn)行控制，以調(diào)整所述轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動位置及所述雷達(dá)相對所述轉(zhuǎn)臺的位置；所述計算機(jī)根據(jù)所接收的所述掃描數(shù)據(jù)信息生成所述待測物體的三維輪廓。

優(yōu)選地，所述滑臺包括垂直滑臺和活動地安裝于所述垂直滑臺的水平滑臺，所述雷達(dá)固定于所述水平滑臺；所述計算機(jī)通過所述運動控制裝置分別調(diào)整所述水平滑臺的位置，以將所述雷達(dá)對準(zhǔn)所述待測物體，且所述計算機(jī)還通過所述運動控制裝置驅(qū)動所述轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，以使帶動所述待測物體按照預(yù)設(shè)角度進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動，相應(yīng)地，所述雷達(dá)分別掃描并采集所述待測物體次轉(zhuǎn)動所對應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)信息，并將采集的掃描數(shù)據(jù)信息傳輸至所述計算機(jī)。

優(yōu)選地，所述計算機(jī)記錄并存儲所述轉(zhuǎn)臺多次轉(zhuǎn)動的角度，以及所述待測物體處于不同的位置時所述雷達(dá)采集的掃描數(shù)據(jù)信息；所述計算機(jī)計算所述待測物體多次轉(zhuǎn)動的角度和值以及將所述雷達(dá)掃描的多次掃描數(shù)據(jù)信息整合相加，并判斷所述角度和值是否為360度；若是，則判定所述雷達(dá)完成一次掃描。

優(yōu)選地，所述計算機(jī)將所述雷達(dá)完成一次掃描所采集的掃描數(shù)據(jù)信息進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以形成一個單組點云數(shù)據(jù)，當(dāng)形成多個單組點云數(shù)據(jù)時，由所述多個單組點云數(shù)據(jù)形成多組點云數(shù)據(jù)，將所述多組點云數(shù)據(jù)進(jìn)行平移和拼接，以獲得所述待測物體的三維點云。