專利名稱：距離選通式激光3d成像雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種距離像成像雷達(dá)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在光電成像領(lǐng)域的一大難題就是如何用技術(shù)成熟的強(qiáng)度積分型器件(如CCD)來對(duì)目標(biāo)成距離像。目前國外已有采用連續(xù)波方法進(jìn)行3D成像的報(bào)道。一般連續(xù)波激光器的功率相對(duì)于脈沖激光器要低很多，因此作用距離會(huì)很近。連續(xù)波測距很容易產(chǎn)生距離模糊問題，就是不同距離對(duì)應(yīng)的測量值是相同的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的采用連續(xù)波激光器進(jìn)行3D成像作用距離近、距離像模糊的問題，本發(fā)明提出一種距離選通式激光3D成像雷達(dá)系統(tǒng)。本發(fā)明采用距離選通的方法進(jìn)行3D距離成像，它可以用于交通工具自動(dòng)導(dǎo)航，蔽障，機(jī)器人視覺等領(lǐng)域。
本發(fā)明的成像裝置包括脈沖激光器、光學(xué)發(fā)射天線、同步控制電路、多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路、多路開關(guān)、選通型ICCD、濾光片、光學(xué)接收天線和上位控制機(jī)，脈沖激光器發(fā)射出的光束經(jīng)光學(xué)發(fā)射天線整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo)反射的回波光束經(jīng)光學(xué)接收天線整形和匯聚后到達(dá)濾光片的光輸入端，從濾光片的光輸出端輸出的光束入射到選通型ICCD的光輸入端，選通型ICCD的圖像信息輸出端連接上位控制機(jī)的圖像信息輸入端，同步控制電路的延時(shí)控制端連接多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路的同步控制端，多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路的延時(shí)信號(hào)輸出端連接多路開關(guān)的輸入端，多路開關(guān)的輸出端連接選通型ICCD的柵極控制端，多路開關(guān)的控制端連接同步控制電路的開關(guān)控制端，同步控制電路的光脈沖初始時(shí)間輸入端與脈沖激光器的光發(fā)射同步信息的輸出端相連，上位控制機(jī)的控制端連接同步控制電路的上位控制信號(hào)端。
工作原理脈沖激光器發(fā)出探測脈沖光照射目標(biāo)，從目標(biāo)上返回的回波信號(hào)光通過濾光片過濾日光后入射到選通型ICCD的感光端上，同步控制電路在接收到脈沖激光器發(fā)出的確定探測脈沖光已發(fā)射的同步信息后，同時(shí)啟動(dòng)多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路產(chǎn)生一系列的固定間隔的延時(shí)信號(hào)，并且同步控制電路還根據(jù)上位控制機(jī)的需要控制多路開關(guān)的選通，使得多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路產(chǎn)生的某一路延時(shí)信號(hào)通過多路開關(guān)的一路信道輸入到選通型ICCD的柵極控制端，令選通型ICCD的柵極以一定的時(shí)間間隔曝光從而獲取不同時(shí)間間隔的圖像信息。上述圖像分別包含有兩種信息1)目標(biāo)各點(diǎn)反射率不同而引起的各點(diǎn)回波光強(qiáng)度的不同；2)由于目標(biāo)各點(diǎn)距離的不同，導(dǎo)致各點(diǎn)回波到達(dá)接收器所對(duì)應(yīng)的增益不同，最終體現(xiàn)在所成圖像的灰度對(duì)應(yīng)上。所以本發(fā)明利用選通型ICCD以一定的時(shí)間間隔來曝光獲得各時(shí)間間隔幀像，也就相當(dāng)于對(duì)目標(biāo)進(jìn)行了多次切割，每幀像也就是每次切割時(shí)的目標(biāo)外表面上各點(diǎn)所成的像，從而獲得了目標(biāo)上不同距離的清晰圖像。上述所有幀像都送入到上位控制機(jī)中，上位控制機(jī)按照常規(guī)圖像融合處理方法將這些平面像組合為3D像，也就是將不同位置的圖像通過配準(zhǔn)后疊加在一起獲得目標(biāo)的3D像。所述同步控制電路根據(jù)輸入到多路開關(guān)每一路所對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間來按順序獲得一定的時(shí)間間隔，對(duì)選通型ICCD進(jìn)行曝光。
發(fā)明效果采用距離選通進(jìn)行3D成像，可以采用大功率脈沖激光器，和已有的選通型像增強(qiáng)器，其器件通用性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)，而且達(dá)到的距離分辨率也較高。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一參見圖1，本具體實(shí)施方式
的雷達(dá)系統(tǒng)由脈沖激光器6、光學(xué)發(fā)射天線7、同步控制電路3、多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路18、多路開關(guān)19、選通型ICCD 14、濾光片15、光學(xué)接收天線17和上位控制機(jī)13組成，脈沖激光器6發(fā)射出的光束經(jīng)光學(xué)發(fā)射天線7整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo)反射的回波光束經(jīng)光學(xué)接收天線17整形和匯聚后到達(dá)濾光片15的光輸入端，從濾光片15的光輸出端輸出的光束入射到選通型ICCD 14的光輸入端，選通型ICCD 14的圖像信息輸出端連接上位控制機(jī)13的圖像信息輸入端，同步控制電路3的延時(shí)控制端連接多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路18的同步控制端，多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路18的延時(shí)信號(hào)輸出端連接多路開關(guān)19的輸入端，多路開關(guān)19的輸出端連接選通型ICCD 14的柵極控制端，多路開關(guān)19的控制端連接同步控制電路3的開關(guān)控制端，同步控制電路3的光脈沖初始時(shí)間輸入端與脈沖激光器6的光發(fā)射同步信息的輸出端相連，上位控制機(jī)13的控制端連接同步控制電路3的上位控制信號(hào)端。所述脈沖激光器6輸出的脈沖光的單脈沖能量高、脈沖寬度窄、脈沖線寬窄，其具有幾個(gè)到幾百個(gè)千瓦的峰值功率、1～3nm的譜線寬度、10～20ns的脈沖寬度。所述選通型ICCD 14采用美國的Ultracam3spec等很多公司的類似產(chǎn)品。所述濾光片15為1～3nm的光學(xué)帶寬，直徑在18mm以上。所述同步控制電路3可以采用可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn)，其主要功能有同步控制多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路18產(chǎn)生脈沖信號(hào)、控制多路開關(guān)19導(dǎo)通、上位控制機(jī)13獲取執(zhí)行命令等。所述多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路18也可以采用可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn)，用其獲得不同延時(shí)時(shí)間的電平信號(hào)。
具體實(shí)施方式
二參見圖1，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是所述成像裝置還包括第一分光片8、二號(hào)整形電路9、二號(hào)放大器10和二號(hào)光電探測器11，第一分光片8位于脈沖激光器6的輸出端和光學(xué)發(fā)射天線7的輸入端之間，脈沖激光器6發(fā)射出的光束經(jīng)第一分光片8分束后一部分入射到光學(xué)發(fā)射天線7的輸入端，另一部分入射到二號(hào)光電探測器11的感光端，二號(hào)光電探測器11的電信號(hào)輸出端連接二號(hào)放大器10的輸入端，二號(hào)放大器10的輸出端連接二號(hào)整形電路9的輸入端，二號(hào)整形電路9的輸出端連接同步控制電路3的初始發(fā)射時(shí)間輸入端。其他組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。本具體實(shí)施方式
在具體實(shí)施方式
一的基礎(chǔ)上增加了一套脈沖激光器6輸出信號(hào)光的時(shí)間采集裝置，二號(hào)光電探測器11采用PIN探測器，脈沖激光器6在發(fā)出探測脈沖光的同時(shí)PIN探測器獲得其少部分光信號(hào)，并將此光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，二號(hào)放大器10對(duì)此電信號(hào)進(jìn)行放大并將其送入到二號(hào)整形電路9中，二號(hào)整形電路9對(duì)PIN探測器的信號(hào)進(jìn)行整形輸出TTL電平給同步控制電路3記錄下探測脈沖光的發(fā)射時(shí)間，這樣做提高了脈沖發(fā)射時(shí)間的采集精確度。所述二號(hào)光電探測器11采用型號(hào)為GT101的SiPIN光電二極管。所述二號(hào)整形電路9可以采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等將非數(shù)字邏輯電平轉(zhuǎn)換為數(shù)字邏輯電平。
具體實(shí)施方式
三參見圖1，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
二的不同點(diǎn)是所述成像裝置還包括第二分光片16、一號(hào)光電探測器12、一號(hào)放大器5和一號(hào)整形電路4，第二分光片16位于濾光片15的光輸出端與選通型ICCD 14的光輸入端之間，從濾光片15的光輸出端輸出的光經(jīng)第二分光片16分束后一部分入射到選通型ICCD 14的光輸入端，另一部分入射到一號(hào)光電探測器12的感光端，一號(hào)光電探測器12的輸出端連接一號(hào)放大器5的輸入端，一號(hào)放大器5的輸出端連接一號(hào)整形電路4的輸入端，一號(hào)整形電路4的輸出端連接同步控制電路3的初始接收時(shí)間輸入端。其他組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。本具體實(shí)施方式
在具體實(shí)施方式
二的基礎(chǔ)上增加了一套回波光束的時(shí)間采集裝置，一號(hào)光電探測器12采用高精度的APD探測器，當(dāng)回波脈沖通過濾光片15后其小部分光被APD探測器探測到，并按具體實(shí)施方式
二的方法送給同步控制電路3一個(gè)TTL電平信號(hào)，使其確定回波脈沖的返回時(shí)間，這樣做提高了回波脈沖返回時(shí)間的采集精確度。所述一號(hào)光電探測器12的型號(hào)為SPD-052。
具體實(shí)施方式
四參見圖1，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是所述成像裝置還包括時(shí)鐘電路1和計(jì)數(shù)器2，同步控制電路3的計(jì)數(shù)控制端連接計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)控制端，計(jì)數(shù)器2的數(shù)據(jù)輸出端連接同步控制電路3的計(jì)數(shù)輸入端，時(shí)鐘電路1的輸出端連接計(jì)數(shù)器2的時(shí)鐘信號(hào)端。其他組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。本具體實(shí)施方式
在具體實(shí)施方式
三的基礎(chǔ)上增加了一套單獨(dú)的計(jì)時(shí)裝置，時(shí)鐘電路1為計(jì)數(shù)器2提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)同步控制電路3確定探測脈沖發(fā)射后，同時(shí)給出一個(gè)信號(hào)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器2開始計(jì)數(shù)，直到同步控制電路3確定回波脈沖返回后停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器2對(duì)發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)之間的時(shí)間間隔進(jìn)行了準(zhǔn)確地測量。采用本具體實(shí)施方式
對(duì)發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)之間的時(shí)間間隔進(jìn)行準(zhǔn)確測量后有利于確定選通型ICCD 14的柵極選通初始時(shí)間(以回波信號(hào)達(dá)到光學(xué)接收天線開始柵極選通)、還有利于上位控制機(jī)進(jìn)行圖像處理時(shí)準(zhǔn)確選擇初始幀像。所述時(shí)鐘電路1和計(jì)數(shù)器2也可以采用可編程邏輯器件來實(shí)現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.距離選通式激光3D成像雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述成像裝置包括脈沖激光器(6)、光學(xué)發(fā)射天線(7)、同步控制電路(3)、多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路(18)、多路開關(guān)(19)、選通型ICCD(14)、濾光片(15)、光學(xué)接收天線(17)和上位控制機(jī)(13)，脈沖激光器(6)發(fā)射出的光束經(jīng)光學(xué)發(fā)射天線(7)整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo)反射的回波光束經(jīng)光學(xué)接收天線(17)整形和匯聚后到達(dá)濾光片(15)的光輸入端，從濾光片(15)的光輸出端輸出的光束入射到選通型ICCD(14)的光輸入端，選通型ICCD(14)的圖像信息輸出端連接上位控制機(jī)(13)的圖像信息輸入端，同步控制電路(3)的延時(shí)控制端連接多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路(18)的同步控制端，多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路(18)的延時(shí)信號(hào)輸出端連接多路開關(guān)(19)的輸入端，多路開關(guān)(19)的輸出端連接選通型ICCD(14)的柵極控制端，多路開關(guān)(19)的控制端連接同步控制電路(3)的開關(guān)控制端，同步控制電路(3)的光脈沖初始時(shí)間輸入端與脈沖激光器(6)的光發(fā)射同步信息的輸出端相連，上位控制機(jī)(13)的控制端連接同步控制電路(3)的上位控制信號(hào)端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離選通式激光3D成像雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述成像裝置還包括第一分光片(8)、二號(hào)整形電路(9)、二號(hào)放大器(10)和二號(hào)光電探測器(11)，第一分光片(8)位于所述脈沖激光器(6)的輸出端和所述光學(xué)發(fā)射天線(7)的輸入端之間，所述脈沖激光器(6)發(fā)射出的光束經(jīng)第一分光片(8)分束后一部分入射到所述光學(xué)發(fā)射天線(7)的輸入端，另一部分入射到二號(hào)光電探測器(11)的感光端，二號(hào)光電探測器(11)的電信號(hào)輸出端連接二號(hào)放大器(10)的輸入端，二號(hào)放大器(10)的輸出端連接二號(hào)整形電路(9)的輸入端，二號(hào)整形電路(9)的輸出端連接所述同步控制電路(3)的初始發(fā)射時(shí)間輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的距離選通式激光3D成像雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述成像裝置還包括第二分光片(16)、一號(hào)光電探測器(12)、一號(hào)放大器(5)和一號(hào)整形電路(4)，第二分光片(16)位于所述濾光片(15)的光輸出端與所述選通型ICCD(14)的光輸入端之間，從所述濾光片(15)的光輸出端輸出的光經(jīng)第二分光片(16)分束后一部分入射到所述選通型ICCD(14)的光輸入端，另一部分入射到一號(hào)光電探測器(12)的感光端，一號(hào)光電探測器(12)的輸出端連接一號(hào)放大器(5)的輸入端，一號(hào)放大器(5)的輸出端連接一號(hào)整形電路(4)的輸入端，一號(hào)整形電路(4)的輸出端連接所述同步控制電路(3)的初始接收時(shí)間輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的距離選通式激光3D成像雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于所述成像裝置還包括時(shí)鐘電路(1)和計(jì)數(shù)器(2)，所述同步控制電路(3)的計(jì)數(shù)控制端連接計(jì)數(shù)器(2)的計(jì)數(shù)控制端，計(jì)數(shù)器(2)的數(shù)據(jù)輸出端連接所述同步控制電路(3)的計(jì)數(shù)輸入端，時(shí)鐘電路(1)的輸出端連接計(jì)數(shù)器(2)的時(shí)鐘信號(hào)端。
全文摘要
距離選通式激光3D成像雷達(dá)系統(tǒng)，它涉及一種距離像成像雷達(dá)系統(tǒng)，它解決了現(xiàn)有的采用連續(xù)波激光器進(jìn)行3D成像作用距離近、距離像模糊的問題。脈沖激光器(6)發(fā)射出的光束經(jīng)光學(xué)發(fā)射天線(7)整形后照射到目標(biāo)上，經(jīng)目標(biāo)反射的回波光束經(jīng)光學(xué)接收天線(17)和濾光片(15)后入射到選通型ICCD(14)的光輸入端，同步控制電路(3)控制多級(jí)可變延時(shí)發(fā)生電路(18)輸出各個(gè)延時(shí)信號(hào)給多路開關(guān)(19)的輸入端，并控制選通型ICCD(14)的柵極選通。采用距離選通進(jìn)行3D成像，可以采用大功率脈沖激光器，和已有的選通型像增強(qiáng)器，其器件通用性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)，而且達(dá)到的距離分辨率也較高。
文檔編號(hào)G01S17/89GK1869731SQ200610010238
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者孫秀冬, 趙遠(yuǎn), 張勇, 靳辰飛, 劉麗萍, 張宇, 唐勐, 陳鍾賢 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)