[发明专利]基于线激发光源的面探测激光荧光雷达及探测方法

说明书

本发明涉及基于线激发光源的面探测激光荧光雷达及探测方法。目前的激光荧光雷达的结构与传统激光雷达相似，结构比较复杂，价格昂贵，对于距离信息则无法获得。本发明包括线激发光源、镜头、滤波片、彩色CCD或CMOS，线激发光源照亮的平面、镜头所在平面、彩色CCD或CMOS所在平面三个平面相交于一条直线。具体探测方法是：首先进行标定；然后测量，还原荧光发生位置，形成随时域的二维荧光图像；最后针对不同应用场景，对采集的数据进行模式识别训练，或根据模式对新测到的数据进行判断。本发明没有扫描空隙，不容易遗漏信息，对近场的探测性能尤为出色，提高了探测效率，同时为后续的数据处理与模型建立提供了空间。

技术领域

本发明属于激光荧光雷达探测领域，涉及一种基于线激发光源的面探测激光荧光雷达及探测方法。

背景技术

激光雷达作为一种先进的测距手段，被广泛地应用到各种地形地貌探测、障碍物探测等应用场景中。传统的激光雷达使用飞行法或相位法来确定单点的位置信息。通过电机旋转得到一周360度得到一个平面上的障碍物位置信息。这种方式对电机的旋转角度定位有较高要求。由于只是接收反射光信号，因而传统的激光雷达只能判断目标的有无，而不能判断目标是什么。荧光检测是对探测目标物信息的有力补充。由于不同的化学成分有其不同的荧光特性，因而通过分析荧光光谱，可以区分不同的目标，达到分类的要求。目前的激光荧光雷达主要用于海洋探测和农业遥感，其结构与传统激光雷达相似，但光源会使用大功率的脉冲激光器，探测器会使用滤波片加光电倍增管组的形式，结构比较复杂，价格昂贵，并且主要用于远场检测，对于近场则会受限于光学系统的近场噪声而无法探测，只能用于荧光检测，对于距离信息则无法获得。

发明内容

本发明的目的就是针对现有激光荧光雷达单线扫描容易遗漏、近场检测能力不足、机械结构复杂、稳定性要求高、扫描速率低、价格昂贵等问题，提出了一种基于线激发光源的面探测激光荧光雷达的探测方法。

本发明的基于线激发光源的面探测激光荧光雷达包括线激发光源、镜头、滤波片、彩色CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)、计算分析单元，线激发光源照亮的平面、镜头所在平面、彩色CCD或CMOS所在平面三个平面相交于一条直线；彩色CCD或CMOS与光源照亮平面所成角度其中α为线激发光源照亮的平面与镜头所在平面的夹角，L为镜头中心位置与线激发光源照亮的平面之间的距离，F为镜头的焦距。

线激发光源作为激发光照亮一个平面，并激发平面内被照亮的物体产生荧光。荧光和反射的激发光被镜头收集，在通过滤波片时，激发光被滤去，荧光成像在彩色CCD或CMOS上。根据成像位置，可以还原出荧光的位置，实现雷达的功能。根据RGB三个通道对荧光进行分析，可以获得被激发物的信息，从而为物质分类、判断提供依据。

由于各光学元件的偏差，实际彩色CCD或CMOS与线激发光源照亮的平面所成角度可能与理论计算存在±2度内的偏差；通过调节参数α、L、F，实现调节激光雷达测距与空间探测范围。

该基于线激发光源的面探测激光荧光雷达的探测方法，具体步骤是：

步骤(1).标定过程：在距离激光照亮平面坐标为(M,N)的位置放置荧光发生物，荧光发生物被激光照射激发荧光，荧光在CCD或CMOS上成像出亮点，坐标为(m,n)，计算出参数坐标(P,Q)：

步骤(2).测量过程：当有物体出现在线激发光源照亮的平面时，线激发光源激发物体产生荧光，荧光经透镜成像在彩色CCD或CMOS相应位置上；

步骤(3).使用根据CCD或CMOS上亮点位置(h,w)，还原荧光发生位置(H,W)：