[发明专利]一种基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距装置及方法

权利要求书

1.一种基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距装置，其特征在于，包括：

激光发射器(1)，其用于向目标(3)发射激光；

单光子雪崩二极管传感器(2)，其包括：单光子雪崩二极管像素阵列和计数器阵列，所述单光子雪崩二极管像素阵列包括多个依次排列的单光子雪崩二极管，所述单光子雪崩二极管用于将目标的反射光信号转化为脉冲信号，所述计数器阵列包括与所述单光子雪崩二极管对应的计数器，所述计数器用于记录曝光时间内所述单光子雪崩二极管输出的脉冲信号；

信号处理单元，其用于根据曝光时间内各所述单光子雪崩二极管输出的脉冲信号，确定光斑位置，根据光斑位置确定目标的位移或间隔距离。

2.如权利要求1所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距装置，其特征在于：

所述单光子雪崩二极管的信号输出端还设有淬灭元件，所述计数器的信号输入端设置于所述单光子雪崩二极管的信号输出端与淬灭元件之间。

3.如权利要求1或2所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距装置，其特征在于，所述计数器阵列中的计数器的数量与所述单光子雪崩二极管阵列中的单光子雪崩二极管的数量相同；并且，计数器与单光子雪崩二极管存在一对一的唯一对应关系。

4.如权利要求1所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距装置，其特征在于，所述单光子雪崩二极管像素阵列为M行N列的单光子雪崩二极管阵列，其中，M、N为正整数，且M小于N，N≥100。

5.如权利要求1所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距装置，其特征在于，所述单光子雪崩二极管像素阵列为M行N列的单光子雪崩二极管阵列，其中，M和N均为正整数，且M小于N，1≤M≤4。

6.一种基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距方法，其特征在于，利用权利要求1所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距装置实现，包括以下步骤：

向目标(3)发射激光；

将目标(3)的反射光信号转化为脉冲信号，并记录曝光时间内所述单光子雪崩二极管输出的脉冲信号；

根据曝光时间内各单光子雪崩二极管输出的脉冲信号，确定目标的位移或间隔距离。

7.如权利要求6所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距方法，其特征在于：所述根据曝光时间内各单光子雪崩二极管输出的脉冲信号，确定目标的位移或间隔距离，包括：

根据曝光时间内各单光子雪崩二极管分别输出的脉冲信号，确定脉冲信号的计数峰值在单光子雪崩二极管阵列中的区域，以确定光斑位置；

根据光斑位置，结合激光三角法测距原理，确定目标的位移或间隔距离。

8.如权利要求6所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距方法，其特征在于：确定脉冲信号的计数峰值在单光子雪崩二极管阵列中的区域，包括以下步骤：

将曝光时间内各所述单光子雪崩二极管输出的脉冲信号，进行噪声滤波去除脉冲信号中的高频噪声，得到滤波后曝光时间内各所述单光子雪崩二极管输出的脉冲信号；

通过质心算法计算处理曝光时间内各所述单光子雪崩二极管输出的脉冲信号，得到脉冲信号的计数峰值在单光子雪崩二极管阵列中的区域。

9.如权利要求7所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距方法，其特征在于：在进行质心算法前，还对单光子雪崩二极管输出的脉冲信号进行环境光噪声基底消除，用于消除环境光影响，以及对曝光时间内各所述单光子雪崩二极管输出的脉冲信号进行截取，用于初步定位脉冲信号的计数峰值在单光子雪崩二极管阵列中的区域。

10.如权利要求9所述的基于单光子雪崩二极管的激光三角法测距方法，其特征在于：

根据公式得到高频噪声滤波后曝光时间内各所述单光子雪崩二极管输出的脉冲信号y₁(n)，其中，n为单光子雪崩二极管的个数，h(k)为第k个滤波系数，x(n-k)为第n-k个单光子雪崩二极管采集的原始数据，N为滤波系数的个数；

根据公式y₂(n)＝y₁(n)-p(n)，得到消除环境光噪声基底后的脉冲信号y₂(n)，其中，p(n)为杂散光基底分布；

根据公式y₃(m)＝y₂(n-t+s*w)，得到截取后的脉冲信号y₃(m)，其中，m为截取像素的个数，w为截取后脉冲信号对应成像分布图的半高全宽，t为脉冲信号的计数峰值位置对应的像素在单光子雪崩二极管阵列中的列序号，m取值范围为0到2*s*w，s为缩放系数；

根据公式确定反射光在单光子雪崩二极管传感器(2)上的中心位置C，即光斑位置。