[发明专利]一种3D/2D非扫描激光雷达复合成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D/2D非扫描激光雷达复合成像装置，属于光电成像技术领域。

背景技术

在军事、民用等领域，现有的被动成像方式已经满足不了社会发展的需要。现有的被动成像方式只能得到物体的强度像而无法得到物体的三维信息，所以以激光雷达为代表的主动成像方式变的尤为重要。当前成像激光雷达的实现方式有很多，采用扫描方式的激光雷达已经比较成熟，但是扫描激光雷达有着一些固有的缺点，扫描机制使雷达无法对高速移动的物体进行成像、扫描机构的存在降低了整体的机构可靠性、增加了机构的体积和重量等这些无法克服的问题预示着非扫描成像方式最终一定会取代扫描成像方式。实现非扫描成像激光雷达的方式同样有很多，就其未来发展前景来说，由于APD阵列的成像方式具有主要器件均为硅材料器件、加工技术成熟、便于集成、无真空辅助器件等优势，成为最具发展潜力的一种成像方式，。

但是受到当前加工工艺的限制，APD阵列探测器的像素数还不能做到太大，这样的像素数很难满足实际应用的需求，因此很难直接用APD阵列探测器得到高分辨率距离图像。当前焦平面阵列探测器的发展要优于APD阵列探测器发展，焦平面阵列可以做到的像素数量远大于APD阵列探测器的像素数，利用焦平面阵列的成像方式，可以得到物体的强度像。经过分析，发现物体的距离像和强度像之间存在着某种联系，可以利用这种联系将APD阵列探测器的低分辨率距离像与焦平面阵列探测器的高分辨率强度像进行融合得到一幅拥有较高分辨率的距离图像。这样可以弥补APD阵列探测器无法做到多像素的缺点，可以得到一幅具有高分辨率的距离图像。

发明内容

本发明解决了当前APD阵列探测器无法做到多像素的问题，提出了一种APD阵列探测器数据与焦平面阵列数据相融合的装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明是一种3D/2D非扫描激光雷达复合成像装置。该装置包括短波红外激光器、反射镜、APD探测器、扩束整形光学系统、接收光学系统、滤光片、半透半反镜、APD阵列探测器、放大电路、TDC计时电路、焦平面阵列探测器、DSP高速数据处理板卡和显示器；

所述的短波红外激光器在接收到脉冲触发信号时发射大电流窄脉冲信号；

所述的反射镜对光能量进行分割；

所述的APD探测器将光脉冲信号转变为电脉冲信号；

所述的扩束整形光学系统具有两组镜头，并且镜头表面镀有905nm的红外增透膜，两组镜头分别用于激光束的扩束和整形；

所述的接收光学系统是大口径长焦的折反射式望远接收光学系统；

所述的滤光片能够对光能量进行选通；

所述的半透半反镜对光能量进行分割，其中50％的光能量被反射和50％的光能量被透射；

所述的APD阵列探测器和焦平面阵列探测器是面阵的接收器件；

所述的放大电路对APD阵列探测器输出的每一路电信号进行一致的放大；

所述的TDC计时电路对APD阵列探测器输出的每一路电信号进行精确的计时；

所述的高速数据处理板卡是基于DSP芯片设计的数据处理板卡，该芯片同时作为控制芯片使用，是整个系统的控制端；

所述的显示器是液晶显示器。

工作过程为：短波红外激光器发射短波红外激光光束，激光光束经扩束整形光学系统后射向目标并被反射，经望远接收光学系统接收，被接收的光线经过滤光玻璃滤除背景光线。当光线照射到半透半反镜上时，光线被分成两束，其中一束照射到APD阵列探测器，生成一幅低分辨率距离像；另一束光束照射到焦平面阵列探测器以生成一幅高分辨率强度像，高速数据处理板卡对两幅图像进行算法处理得到高分辨率距离图像。

有益效果

本发明利用低分辨率的APD距离图像与高分辨率的焦平面强度图像进行融合，最终得到高分辨率的距离图像，解决了当前由于材料工艺限制而无法制造高分辨率APD阵列探测器、无法得到高分辨率距离图像的问题。扩展了APD阵列探测器的应用。

附图说明

图1为实施例中一种3D/2D非扫描激光雷达复合成像装置的示意图；

其中，1-短波红外激光器、2-反射镜、3-APD单点探测器、4-扩束整形光学系统、5-接收光学系统、6-滤光片、7-半透半反镜、8-APD阵列探测器、9-高速放大电路、10-TDC计时电路、11-焦平面阵列探测器、12-高速数据处理板卡、13-液晶显示器；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例