[发明专利]基于声光扫描的三维视频激光雷达系统

摘要

一种基于声光扫描实现三维视频激光雷达系统，由激光器、激光发射模块、激光接收模块、信号处理模块、主控电路模块和上位机处理程序模块组成。本发明克服了基于传统扫描方式的三维成像激光雷达应用中所面临的成像速度慢、体积大、质量大等问题，利用二维声光扫描器件，快速灵活得改变扫描角度、扫描角度范围以及角度分辨率，实现三维视频成像，能够满足对成像速度要求较高的特殊场合的需求，同时利用二维声光扫描器件的体积小、质量轻、功耗低等优点，大大减小了系统的体积和重量。

主权项

一种基于声光扫描的三维视频激光雷达系统，其特征是：该激光雷达系统由激光器（100）、激光发射模块（200）、激光接收模块（300）、信号处理模块（400）、主控电路模块（500）和上位机程序处理模块（600）组成，所述的激光器（100）为高重频、窄脉宽的脉冲光纤激光器，所述的激光发射模块（200）由激光准直透镜（210）、二维声光扫描模块（220）和光学缩束模块（230）组成，所述的激光接收模块（300）由接收光学系统（310）和探测器（320）组成，所述的信号处理模块（400）由起始信号检测电路（410）、信号放大电路（420）、峰值保持电路（430）和阈值甄别整形电路（440）组成，所述的主控电路模块（500）由FPGA主控芯片（510）、激光器控制模块（520）、频率控制模块（530）、时间差检测模块（540）、AD数据采集模块（550）和USB数据通信模块（560）组成，所述的主控电路模块（500）的FPGA主控芯片（510）控制激光器控制模块（520）向激光器（100）周期性地输出触发脉冲，激光器（100）收到触发脉冲后，输出激光脉冲，激光脉冲分为两路，一路激光脉冲经过激光准直透镜（210）、二维声光扫描模块（220），另一路激光脉冲输出至起始信号检测电路（410）；FPGA主控芯片（510）在控制输出激光器触发脉冲的同时，控制所述的频率控制模块（530）并行输出频率控制字信号至二维声光扫描模块（220），二维声光扫描模块（220）通过频率控制字调整出射激光的方向，FPGA主控芯片（510）在每次控制输出激光器触发脉冲的同时，改变频率控制字，实现激光出射方向的调整，从而实现激光二维扫描；出射激光脉冲在接触到物体表面后，产生激光回波，激光回波被激光接收模块（300）接收，产生回波电信号，回波电信号传送至信号处理模块（400），回波电信号经过信号放大电路（420）放大后分为两路，一路经过峰值保持电路（430）传送至AD数据采集模块（550），另一路经过阈值甄别整形电路（440）传送至时间差检测模块（540）；该时间差检测模块（540）接收到起始信号检测电路（410）的起始信号后开始计数，在接收到阈值甄别整形电路（440）的回波信号后终止计数，得到激光脉冲的飞行时间，上传至FPGA主控芯片（510）；在FPGA主控芯片（510）下次控制输出激光器触发脉冲前，AD数据采集模块（550）采集峰值保持电路（430）输出的回波信号的幅值，上传至FPGA主控芯片（510）；在AD数据采集模块（550）采集完成后，USB数据通信模块（560）将频率控制字、激光脉冲飞行时间数据和回波信号幅值数据打包，上传至上位机程序处理模块（600）；上位机程序处理模块（600）根据频率控制字计算激光的出射角，利用激光脉冲飞行时间计算每个像点的距离，从而反演出物体三维图像，同时根据回波信号的幅值，得到物体的灰度值。