[发明专利]基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置及方法

摘要

基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置及方法，该装置包括激光光源，固定于激光光源出光端的二维激光扫描镜，固定于二维激光扫描镜扫描区域的目标，固定于目标反射光路上的成像透镜，固定于成像透镜成像光路上的光电阵列探测器，同时包括与激光扫描镜连接的扫描镜转角测量装置，与光电阵列探测器通过导线连接的空间解码及激光测距模块，同时与空间解码及激光测距模块和扫描镜转角测量装置通过导线连接的计算机以及与激光光源通过导线连接的激光控制器；本发明还公开了该装置的成像方法；本发明能够保证高分辨率的情况下，扩大探测距离。

主权项

1.一种基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置，其特征在于：包括激光光源(1)，固定于激光光源(1)出光端的二维激光扫描镜(2)，固定于二维激光扫描镜(2)扫描区域的目标(8)，固定于目标(8)反射光路上的成像透镜(3)，固定于成像透镜(3)成像光路上的光电阵列探测器(4)，同时包括与激光扫描镜(2)连接的扫描镜转角测量装置(5)，与光电阵列探测器(4)通过导线连接的空间解码及激光测距模块(6)，同时与空间解码及激光测距模块(6)和扫描镜转角测量装置(5)通过导线连接的计算机(7)以及与激光光源(1)通过导线连接的激光控制器(9)；所述基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置的成像方法，激光控制器(9)控制激光光源(1)发射的激光照射到二维激光扫描镜(2)上，此时扫描镜转角测量装置(5)记录当前二维激光扫描镜(2)的转角(θ1,θ2)及激光照射区域的空间编码值M，激光经目标(8)反射后经过成像透镜(3)，光电阵列探测器(4)中的某个探测单元会探测到目标(8)的返回激光，空间解码及激光测距模块(6)测量激光控制器(9)输出的触发脉冲和光电阵列探测器(4)某个探测单元输出的脉冲信号之间的时间差，就能够计算出目标上某点的距离；由于激光二维扫描镜(2)扫描速度非常快，假如第N个脉冲激光照射到了编码为M的空间区域，根据透镜成像的原理，该脉冲激光信号会被光电阵列探测器(4)的第M个探测单元探测到；而第N+1个脉冲激光就会照射到编码为非M的空间区域，并且该脉冲激光信号会被阵列探测器中第M个以外的探测器探测到；空间解码及激光测距模块(6)根据接收到脉冲激光信号的探测单元的位置，就能够判断出该脉冲激光来自于空间的哪个区域，再利用扫描镜转角测量信息，就能准确的定位目标某点三维信息即角度‑角度‑距离；利用上述方法，不断探测目标(8)不同位置的距离，则能够获得目标的三维图像；所述的成像方法具体包括如下步骤：步骤1：对探测空间进行二维编码：设激光雷达的视场范围是：θ1*θ2，假设将该区域分成5*5个子区域并对其进行编码，则不同编码区域所对应的探测视场角范围如表1所示：表1.空间区域编码与空间区域视场角之间的关系步骤2：初始化系统，激光光源(1)开始工作；步骤3：激光经二维激光扫描镜(2)反射，此时扫描镜转角测量装置(5)记录当前二维激光扫描镜(2)的角度值并根据表1获得当前激光照射空间区域的编码值M，其中M＝1～25；步骤4：激光被目标(8)反射后经成像透镜(3)，汇聚至光电阵列探测器(4)上对应空间编码值M的探测单元上，空间解码及激光测距模块(6)将聚焦后的光信号转化为放大的电压信号，根据接收到脉冲激光信号的探测单元的位置，解算出反射激光来源于哪个空间编码区域，并利用飞行时间法测量激光控制器(9)输出的触发脉冲和光电阵列探测器(4)某个探测单元输出的脉冲信号之间的时间差，就能够计算出目标上某点的距离；步骤5：在第一束激光未到达光电阵列探测器(4)之前，也就是步骤4进行的同时，激光源依次发出第2、3、4…n束激光，经二维激光扫描镜(2)反射后照射在不同的空间编码区域内；此时，扫描镜转角测量装置(5)分别记录对应时刻二维激光扫描镜(2)的角度步骤6：与步骤4相类似，第2、3、4...n束激光被目标(8)反射后，经成像透镜(3)，汇聚至光电阵列探测器(4)对应的探测单元上，并通过空间解码及激光测距模块(6)根据接收到脉冲激光信号的探测单元的位置，解算出反射激光来源于哪个空间编码区域，并测量目标位置的距离信息，计算机(7)通过判断是哪个探测单元探测到的激光信号，就能够分辨出是其所对应的扫描镜的角度；步骤7：计算机(7)利用多次测量的目标距离和角度信息，即能够获得目标(8)的三维图像。