[发明专利]关联成像激光雷达的发射模块

说明书

技术领域

本发明涉及关联成像激光雷达，特别是一种关联成像激光雷达的发射模块。

背景技术

关联成像（包括鬼成像和压缩感知）是一种全新的成像体制。它利用光场的涨落对目标进行编码，而仅采用一个无空间分辨的探测器接收多幅目标反射信号，通过关联算法就可以得到目标的清晰图像。

南京邮电大学的赵生妹的硕士论文《热光源鬼成像及压缩感知应用研究》详细介绍了鬼成像的算法，David L. Donoho的文章“Compressed Sensing”，IEEE Transactions on Information Theory, V52, NO. 4, 2006. 中详细介绍了压缩感知算法的表达和证明。

将关联成像应用于激光雷达具有以下两个优点：1.探测距离远，关联成像的接收器采用无空间分辨的单点探测器，所有的接收光能叠加形成较强的光信号，然后通过多次采样并进行相关运算，可以有效降低噪声对成像的影响，具有比激光闪光照相更远的探测距离；2.成像速度快，因为关联成像利用了被探测目标的稀疏特性，可以在比成像像素数少得多的脉冲数情况下反演出目标的清晰像，因此比扫描式激光雷达的速度更快，尤其在对空探测时具有更好的效果。

关联成像激光雷达一般包括发射模块和接收模块，发射模块是该类型激光雷达的关键部分，发射模块的主要功能为：发射多幅强度分布变化的光场信号到目标上，并通过本地测量或计算方法记录此光场分布，目标上的光场分布统计越准确，成像分辨率越高。另外，根据关联成像技术的特点，当发射的光场信号的空间频率与被观测目标相匹配时，成像效率最高，因此发射模块还应具有光场信号的空间频率可调功能。在先技术1（中国专利，申请号：200910195346.0）公布了一种无透镜关联成像装置，其光学系统具有高精度、简单等优点，但对成像的距离有较大的限制，且自由传播的光能量利用率也较低。在先技术2（中国专利，申请号：201010573043.0）公布了一种运用计算方法获取目标光场分布的关联成像方法，这种方法的发射模块对空间光调制器的精度提出了较高的要求，另外，通过计算方法获取目标光场分布需要保证激光分布方式、视场大小、孔径大小等都是已知的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种关联成像激光雷达的发射模块，该发射模块具有脉冲发射速度快、光能利用率高、可有效降低参考光场的重影强度等特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种关联成像激光雷达的发射模块，其特点在于该发射模块包括：散斑光源、成像系统、数据存储器和同步控制器，所述的散斑光源和成像系统固定在同一底座上；

所述的散斑光源由激光器、光束变换器、光散射板、电动平移台和电动旋转台组成，所述的电动旋转台安装在电动平移台上，所述的电动旋转台运动平面与所述的电动平移台的运动方向平行，所述的光散射板固定在所述的电动旋转台上；

所述的成像系统由场镜、第一光阑、第二光阑、分光片、发射镜、参考镜、光衰减器和阵列探测器组成；

沿所述的激光器发出的激光束的方向依次是光束变换器、光散射板、场镜、第一光阑、第二光阑和分光片，该分光片将所述的激光束分为反射光和透射光，所述的反射光经过发射镜照射在被观测目标上，所述的透射光依次经过所述的参考镜和光衰减器，最终照射在所述的阵列探测器上，所述的场镜将所述的光散射板的散射面成像在所述的第二光阑上，所述的参考镜将所述的第一光阑成像在所述的阵列探测器的探测面上；

所述的数据存储器与所述的阵列探测器的输出端相连，用于存储阵列探测器采集的一系列参考光场数据；

所述的同步控制器与所述的激光器、电动平移台、电动旋转台和数据存储器相连，以实现同步控制。

所述的光散射板在所述的电动旋转台和电动平移台同时驱动下作螺旋扫描运动，所述的激光器发出的激光束经过光束变换器将所述的光束直径变换后照射在作螺旋扫描运动的光散射板上，经过光散射板散射后在后面空间中产生激光散斑场。

所述的激光器为脉冲式单横模激光器。

所述的光束变换器为一个变倍率扩束器或变倍率缩束器，或是一个可变焦镜头，或是一个可前后移动的透镜，用于控制照射在光散射板上的激光光斑尺寸。

所述的光散射板为毛玻璃或喷砂玻璃或相位板。

所述的电动平移台安装有光栅尺或编码器，以精确定位移动方位；所述的电动旋转台安装有光栅尺或编码器，以精确定位旋转方位。