[发明专利]光子计数三维成像激光雷达距离行走误差校正系统及方法

摘要

本发明公开了一种光子计数三维成像激光雷达距离行走误差校正系统及方法，首先对光子计数三维成像激光雷达的距离行走误差进行多点标定，得到不同激光脉冲响应率下的距离行走误差；然后采用数学拟合的方法，获取距离行走误差关于激光脉冲响应率的函数，记为距离行走误差函数；最后，在光子计数三维成像激光雷达的工作过程中，统计原始三维距离图像的激光脉冲响应率分布，采用距离行走误差函数对距离行走误差进行预测，对原始三维距离图像应用补偿进行校正，得到校正后的三维距离图像。本发明能够消除距离行走误差。

主权项

一种光子计数三维成像激光雷达距离行走误差校正系统，其特征在于包括光学系统、单光子探测器、脉冲激光光源、时间相关单光子计数模块和数据处理系统控制模块，光学系统由望远镜镜头(1)、透镜(2)、Y轴扫描转镜(3)、X轴扫描转镜(4)、准直透镜组(5)、四分之一波片(6)、第二半波片(7)、分光棱镜(8)、第一半波片(9)、滤波片(10)、光纤耦合器(11)组成，脉冲激光光源同时发出同步起始信号和脉冲周期激光，同步起始信号输入数据处理系统控制模块，脉冲周期激光依次经过第一半波片(9)、分光棱镜(8)部分反射后在经过第二半波片(7)、四分之一波片(6)、Y轴扫描转镜(3)、准直透镜组(5)、X轴扫描转镜(4)、透镜(2)和望远镜镜头(1)，出射到目标，经过目标漫反射被望远镜镜头(1)接收，依次经过透镜(2)、X轴扫描转镜(4)、准直透镜组(5)、Y轴扫描转镜(3)、四分之一波片(6)、第二半波片(7)，在分光棱镜(8)处部分透射，经过滤波片(10)，达光纤耦合器(11)，形成回波信号，被单光子探测器所探测接收，经过时间相关单光子计数模块产生截止信号输入数据处理系统控制模块；脉冲激光光源发出周期脉冲激光，同时给予数据处理系统控制模块同步起始信号，经过光学系统后，激光反射信号到达单光子探测器，激励探测器形成响应脉冲，被时间相关单光子计数模块和数据处理系统控制模块接收，结合同步起始信号，即截止信号与同步起始信号的时间差，该时间差乘以光速，形成目标距离信息；通过固定X、Y轴扫描转镜，在数据处理系统控制模块实现单像素的先验标定；通过对X、Y轴扫描转镜的控制，控制出射激光到达目标的不同位置，从而达到对整个视场，即目标的整个平面进行二维扫描，得到每个像素的距离信息及误差信息，合成三维距离图像，对该三维距离图像在数据处理系统控制模块进行实时校正。