[发明专利]基于声光扫描的三维视频激光雷达系统

说明书

技术领域

本发明涉及视频激光雷达，特别是一种基于声光扫描的三维视频激光雷达系统。

背景技术

随着激光雷达技术以及光电探测技术的不断发展，激光雷达越来越广泛得应用于遥感探测成像测距等领域，其中，成像激光雷达更是成为发展的主流。三维成像激光雷达具有应用范围广、探测距离远、使用便捷、无接触无损伤等优点，在矿场检测、地形绘制、桥梁监测、公路检测、文物保护、犯罪现场复制等民用领域具有广泛应用，同时在军事、航天等领域也发挥着关键的作用。目前已经存在基于高精度步进电机实现二维扫描的三维成像激光雷达，能够实现大范围、高点密度的三维测量，但同时存在成像速度慢、体积大、质量大等缺点，通常获取一幅完整的三维图像需要数十秒，不能满足对成像速度要求高的特殊场合，如导弹制导、航天器着陆地点的选择、飞机测绘等。为克服三维成像速度慢的缺点，国内外的科研人员尝试了很多技术途径，主要分为两类：

①基于面阵探测器的无扫描三维成像激光雷达。此种技术采用大面元的探测器，每个面元作为一个独立的探测器，可单独输出信号，后续电路可测量起始信号到回波信号的时间差，反演出每个像素对应的距离信息，因此，只需发射一个激光脉冲，便可获得整幅三维图像，成像速度快。该技术要求出射激光发散角大，在远距离成像时，对出射激光脉冲能量要求高。由于这种高灵敏度的大面阵探测器制作工艺复杂，目前国内无法自行研制，也无法获得这种探测器，因此，目前国内无法实现基于面阵探测器的无扫描三维成像激光雷达技术。

②基于非机械扫描的三维成像激光雷达，国外主要采用二维MEMS微镜扫描技术。此种技术主要应用MEMS微镜器件，能够在二维方向上快速扫描，同时通过时间飞行法，测量每点的距离，反演得到三维图像。由于MEMS微镜器件同样存在制作工艺复杂的问题，国内目前没有成熟的二维MEMS器件，所以，此种基于MEMS微镜的非机械扫描技术在国内也无法实现。

为克服成像速度慢的缺点，同时基于目前国内条件的考虑，提出利用声光扫描的非机械扫描方式，实现快速三维成像。该扫描方式利用声光偏转效应，通过快速改变声频率，实现光束的高速偏转，相比机械的扫描，具有更快速的扫描角度控制和灵活的控制方式，能够实时改变扫描角度范围、角度分辨率和扫描速度，非常适合高速扫描且扫描方式实时可变的应用，同时具有体积小、质量轻等优点。

发明内容

本发明要解决的问题在于克服上述基于传统扫描方式的三维成像激光雷达应用中所面临的问题，克服传统三维成像激光雷达成像速度慢、体积大、质量大等缺点，提出一种基于声光扫描实现三维视频激光雷达系统，该系统利用二维声光扫描器件，快速灵活地改变扫描角度、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。

本发明的技术解决方案如下：