專利名稱：一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光、機(jī)、電、算一體化的激光成像系統(tǒng)和激光測(cè)距系統(tǒng)，特別是涉 及一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，它集成了激光成像與激光測(cè)距功能。屬于激光成像和激 光測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域。( 二)
背景技術(shù)：
激光測(cè)距儀由于具有非接觸測(cè)量，測(cè)量距離遠(yuǎn)，測(cè)距快捷簡便，測(cè)距精度高等優(yōu)點(diǎn) 而被廣泛采用。其中，基于脈沖時(shí)間飛行法測(cè)距的激光測(cè)距儀由于結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易而被 廣泛采用。它通過脈沖激光器發(fā)送激光脈沖照射到待測(cè)目標(biāo)表面，待測(cè)目標(biāo)表面將反射照 射其上的激光，被目標(biāo)反射的激光信號(hào)由探測(cè)器接收。激光測(cè)距儀的控制電路記錄激光脈 沖的發(fā)射時(shí)間和激光脈沖的返回時(shí)間，計(jì)算發(fā)送脈沖和接收脈沖兩者之間的時(shí)間差，再乘 以光速即可獲得激光脈沖的往返的距離值。常用的激光測(cè)距儀主要是在白天進(jìn)行測(cè)距。它與望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合，人眼通過望遠(yuǎn)鏡 的目鏡觀瞄被測(cè)目標(biāo)。由于傳統(tǒng)的激光測(cè)距儀只能在環(huán)境照度適合人眼觀測(cè)時(shí)才可使用。 而當(dāng)待測(cè)目標(biāo)在陰影黑暗處，或者在夜晚時(shí)，則人眼很難尋找到被測(cè)目標(biāo)的準(zhǔn)確位置，甚至 無法看到目標(biāo)，因此這種情況下無法使用普通激光測(cè)距儀實(shí)施有效測(cè)量。而基于微光成像 的測(cè)距儀仍需要借助目標(biāo)周圍的微弱光照來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)再進(jìn)行測(cè)距，基于紅外成像的測(cè)距儀 需要借助目標(biāo)物自身的熱輻射發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物后再進(jìn)行測(cè)距。這兩者都是被動(dòng)成像設(shè)備，它們 的成像效果受到周圍環(huán)境光照情況或目標(biāo)與背景的紅外輻射特性的制約。如果環(huán)境光照極 弱或者目標(biāo)物沒有明顯熱輻射，傳統(tǒng)激光測(cè)距儀將失去夜視的能力，無法尋找目標(biāo)進(jìn)行測(cè) 距。本發(fā)明手持晝夜激光成像測(cè)距儀將激光成像和激光測(cè)距集成在一起，很好的克服 了單獨(dú)使用激光測(cè)距儀黑暗時(shí)人眼無法觀測(cè)目標(biāo)而導(dǎo)致無法測(cè)距的問題。它以激光泛光 照明目標(biāo)，無需依靠環(huán)境照明和目標(biāo)物本身的熱輻射，可以全天時(shí)成像，因此可實(shí)現(xiàn)晝夜測(cè) 距。同時(shí)，激光成像和激光測(cè)距兩套分系統(tǒng)共孔徑發(fā)射，共孔徑接收，縮小了設(shè)備體積和重 量。結(jié)合這套設(shè)備可以晝夜成像并測(cè)距，體積小，重量輕的優(yōu)勢(shì)，其可廣泛應(yīng)用于安防、監(jiān)控 和測(cè)量等領(lǐng)域

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是提供一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，它可以晝夜成像并 測(cè)距。該設(shè)備克服以往激光測(cè)距儀夜間因環(huán)境照度低人眼無法觀測(cè)目標(biāo)而無法測(cè)距的缺 點(diǎn)，通過將激光成像與激光測(cè)距集成在一起，激光成像分系統(tǒng)和激光測(cè)距分系統(tǒng)共用發(fā)射 光學(xué)系統(tǒng)，同時(shí)它們也共用接收光學(xué)系統(tǒng)。該設(shè)備結(jié)構(gòu)新穎、體積小、重量輕、性能穩(wěn)定、抗 干擾性強(qiáng)，便于攜帶。2、技術(shù)方案如圖1所示，本發(fā)明一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，它由激光發(fā)射分系統(tǒng)、激光接 收分系統(tǒng)、信息處理及顯示分系統(tǒng)組成。它們之間的位置連接關(guān)系是激光發(fā)射分系統(tǒng)和激光接收分系統(tǒng)位于系統(tǒng)前端，信息處理及顯示分系統(tǒng)位于系統(tǒng)后端。所述激光發(fā)射分系統(tǒng)由激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器、激光波長為905nm的 半導(dǎo)體激光器、焦距為Π的發(fā)射透鏡、焦距為f2的發(fā)射透鏡和分光片構(gòu)成。其間的位置連接關(guān)系是激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器與焦距為fl的發(fā)射透 鏡的光軸同軸放置，焦距為Π的發(fā)射透鏡使波長為808nm的激光以較大發(fā)散角照射出去。 激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器與焦距為f2的發(fā)射透鏡的光軸同軸放置，且焦距為f2 的發(fā)射透鏡放置在激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器前方，使激光發(fā)射角變小。焦距為fl 的發(fā)射透鏡的光軸與焦距為f2的發(fā)射透鏡的光軸互相垂直。分光片與兩個(gè)透鏡光軸均成 45°角放置，放置在激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器與焦距為Π的發(fā)射透鏡之間，且放 在焦距為f2的發(fā)射透鏡前端。分光片將波長為808nm的激光進(jìn)行透射，將波長為905nm的 激光進(jìn)行反射，反射后的光經(jīng)過焦距為Π的發(fā)射透鏡發(fā)射出去后成為2mrad準(zhǔn)直光束；所述激光接收分系統(tǒng)由接收透鏡、分光片、雪崩光電二極管APD接收器、電荷耦合 器件CCD構(gòu)成。其間的位置連接關(guān)系是該電荷耦合器件CCD與接收透鏡光軸同軸放置，該 雪崩光電二極管APD接收器與接收透鏡光軸垂直放置，該分光片放在電荷耦合器件CCD與 接收透鏡之間。分光片與接收透鏡光軸成45°角放置。分光片將入射光中波長為808nm的 激光進(jìn)行透射，將波長為905nm的激光進(jìn)行反射。透過的光被電荷耦合器件CCD接收，反射 的光被雪崩光電二極管APD接收器接收。所述信息處理及顯示分系統(tǒng)由基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元及液晶 顯示器LCD構(gòu)成。它們之間的位置連接關(guān)系是液晶顯示器LCD放置在基于數(shù)字信號(hào)處理 器DSP的信息處理單元的后側(cè)。雪崩光電二極管APD接收器與電荷耦合器件CCD接收到的 光信號(hào)傳給基于數(shù)字信號(hào)處理DSP的實(shí)時(shí)處理控制單元處理轉(zhuǎn)換后由液晶顯示器LCD將圖 像信息和測(cè)距數(shù)據(jù)顯示出來。其中，該接收透鏡的焦距是80mm，有效口徑是54. Omm ；其中，該雪崩光電二極管APD接收器是PerkinElmer公司的Silicon APD，型號(hào)為 C30737LH-500-92 ；其中，該電荷耦合器件CCD是Sony公司的1/3-inch B/ff Sony CCD，型號(hào)為 BS-568，最低照度 0. 01Lux/Fl. 2，規(guī)格(mm) 49 (L) X 29 (W) X 54 (H)；其中，該基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元采用的是Ti公司的DM642芯 片；其中，該液晶顯示器LCD的規(guī)格是126. 5 (w) X 100 (H) X 84. 672 (V) mm，型號(hào)為 JD50MLXDRD001-A056N52。本發(fā)明的工作原理及流程是該設(shè)備工作時(shí)，激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器 發(fā)射的激光透射過分光片和焦距為Π的發(fā)射透鏡后以較大發(fā)散角照射到觀測(cè)區(qū)域，該激 光為主動(dòng)成像的照明光源；從觀測(cè)區(qū)域返回的激光經(jīng)過接收透鏡、透射過分光片后投射到 與光軸同軸的電荷耦合器件CCD，然后電荷耦合器件CCD將圖像信息傳給處理系統(tǒng)進(jìn)行圖 像處理并由顯示屏顯示出實(shí)時(shí)圖像；在顯示屏中觀測(cè)到待測(cè)目標(biāo)時(shí)，將顯示屏上的電子十 字刻線對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)，進(jìn)行測(cè)距。測(cè)距時(shí)，激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光脈沖，經(jīng)過焦距為f2的發(fā)射 透鏡后激光發(fā)射角變小，然后經(jīng)分光片進(jìn)行反射，再經(jīng)過焦距為Π的發(fā)射透鏡，使照射光
4束成為2mrad準(zhǔn)平直光束照射到待測(cè)目標(biāo)上；從待測(cè)目標(biāo)返回的光束通過接收透鏡，再由 分光鏡反射后投射到雪崩光電二極管APD接收器上，然后由雪崩光電二極管APD接收器傳 給處理顯示分系統(tǒng)就可以得到待測(cè)目標(biāo)的距離信息了。3、優(yōu)點(diǎn)和功效(1)該設(shè)備可晝夜成像測(cè)距，全天時(shí)監(jiān)視觀測(cè)區(qū)域；(2)激光成像與激光測(cè)距共孔徑發(fā)射，共孔徑接收。減小了設(shè)備體積和重量；(3)激光夜視功能和激光測(cè)距功能高度集成；(4)可以準(zhǔn)確獲得目標(biāo)距離信息。


圖1為手持晝夜激光成像測(cè)距儀的結(jié)構(gòu)示意中符號(hào)說明如下1激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器；2激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器；3焦 距為f2的發(fā)射透鏡；4分光片；5焦距為f 1的發(fā)射透鏡；6電荷耦合器件CXD ；7分光片；8 雪崩光電二極管APD接收器；9接收透鏡；10基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元；11 液晶顯示器IXD。
具體實(shí)施例方式見圖1，本發(fā)明一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，它由激光波長為808nm的半導(dǎo)體激 光器1、激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器2、焦距為f2的發(fā)射透鏡3、分光片4和焦距為 fl的發(fā)射透鏡5組成的激光發(fā)射系統(tǒng)，電荷耦合器件CCD 6、分光片7、雪崩光電二極管APD 接收器8和接收透鏡9組成的激光接收系統(tǒng)以及基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元 10和液晶顯示器LCD 11構(gòu)成。它們之間的位置連接關(guān)系是激光發(fā)射分系統(tǒng)和激光接收 分系統(tǒng)位于系統(tǒng)前端，信息處理及顯示分系統(tǒng)位于系統(tǒng)后端。所述激光發(fā)射分系統(tǒng)由激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器1、激光波長為905nm的 激光器2、焦距為Π的發(fā)射透鏡5、焦距為f2的發(fā)射透鏡3和分光片4構(gòu)成。其中，激光源是由半導(dǎo)體激光器構(gòu)成，半導(dǎo)體激光器1產(chǎn)生波長為808nm的激光， 半導(dǎo)體激光器2產(chǎn)生波長為905nm的激光，兩個(gè)半導(dǎo)體激光器1、2垂直放置；其中，激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器1與焦距為fl的發(fā)射透鏡5的光軸同軸 放置，焦距為fl的發(fā)射透鏡5使波長為808nm的激光以較大發(fā)散角照射出去。激光波長為 905nm的半導(dǎo)體激光器2與焦距為f2的發(fā)射透鏡3的光軸同軸放置，且焦距為f2的發(fā)射透 鏡3放置在產(chǎn)生激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器2前方，使激光發(fā)射角變小。焦距為Π 的發(fā)射透鏡5的光軸與焦距為f2的發(fā)射透鏡3的光軸互相垂直；其中，分光片4與兩個(gè)透鏡光軸均成45°角放置，放置在激光波長為808nm的半導(dǎo) 體激光器1與焦距為Π的發(fā)射透鏡5之間，且放在焦距為f2的發(fā)射透鏡3前端。分光片 4將波長為808nm的激光透射過去，將波長為905nm的激光進(jìn)行反射，反射后的光經(jīng)過焦距 為f 1的發(fā)射透鏡5發(fā)射出去后成為2mrad準(zhǔn)直光束；所述激光接收分系統(tǒng)由接收透鏡9、分光片7、雪崩光電二極管APD接收器8、電荷 耦合器件CXD 6構(gòu)成。
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其中，電荷耦合器件CXD 6與接收透鏡9光軸同軸放置，雪崩光電二極管APD接收 器8與接收透鏡9光軸垂直放置，分光片7放在電荷耦合器件CXD 6與接收透鏡9之間。分 光片7與接收透鏡9光軸成45°角放置。分光片7將波長為808nm的激光進(jìn)行透射，將波 長為905nm的激光進(jìn)行反射。透過的光被電荷耦合器件CCD 6接收，反射的光被雪崩光電 二極管APD接收器8接收。所述信息處理及顯示分系統(tǒng)由基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元10及液 晶顯示器LCDll構(gòu)成。雪崩光電二極管APD接收器8與電荷耦合器件CCD 6接收到的光信 號(hào)傳給基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元10處理轉(zhuǎn)換后由液晶顯示器IXD 11將圖 像信息和測(cè)距數(shù)據(jù)顯示出來。其中，該接收透鏡的焦距是80mm，有效口徑是54. Omm ；其中，該雪崩光電二極管APD接收器是PerkinElmer公司的Silicon APD，型號(hào)為 C30737LH-500-92 ；其中，該電荷耦合器件CCD是Sony公司的1/3-inch B/ff Sony CCD，型號(hào)為 BS-568，最低照度 0. 01Lux/Fl. 2，規(guī)格(mm) 49 (L) X 29 (W) X 54 (H)；其中，該基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元采用的是Ti公司的DM642芯 片；其中，該液晶顯示器LCD的規(guī)格是126. 5 (w) X 100 (H) X 84. 672 (V) mm，型號(hào)為 JD50MLXDRD001-A056N52。圖1所示為手持晝夜激光成像測(cè)距儀結(jié)構(gòu)示意圖，激光波長為808nm的半導(dǎo)體激 光器1發(fā)射的激光透射過分光片4和焦距為Π的發(fā)射透鏡5后以較大發(fā)散角照射到觀測(cè) 區(qū)域；從觀測(cè)區(qū)域返回的激光經(jīng)過接收透鏡9、透射過分光片7后投射到與光軸同軸的電荷 耦合器件CCD6，然后電荷耦合器件CCD 6將圖像信息傳給基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息 處理單元10，按照相應(yīng)的算法對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，并由液晶顯示器IXD 11顯示出實(shí) 時(shí)圖像；在液晶顯示器IXD 11中觀測(cè)到待測(cè)目標(biāo)時(shí)，將液晶顯示器IXD 11上的電子十字刻 線對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)，觸發(fā)激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器2發(fā)射激光脈沖，經(jīng)過焦距為f2 的發(fā)射透鏡3后激光發(fā)射角變小，然后經(jīng)分光片4進(jìn)行反射，再經(jīng)過焦距為Π的發(fā)射透鏡 5，使照射光束成為2mrad準(zhǔn)平光束照射到待測(cè)目標(biāo)上；從待測(cè)目標(biāo)返回的光束通過接收透 鏡9，再由分光鏡7反射后投射到雪崩光電二極管APD接收器8上，然后由雪崩光電二極管 APD接收器8傳給基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元10，計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)距離信息 后，與激光成像模塊呈現(xiàn)的圖像進(jìn)行疊加，然后在液晶顯示器LCD 11看到實(shí)時(shí)場(chǎng)景的同時(shí) 就可以得到待測(cè)目標(biāo)的距離信息了。
權(quán)利要求
一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，其特征在于它由激光發(fā)射分系統(tǒng)、激光接收分系統(tǒng)、信息處理及顯示分系統(tǒng)組成，它們之間的位置連接關(guān)系是激光發(fā)射分系統(tǒng)和激光接收分系統(tǒng)位于系統(tǒng)前端，信息處理及顯示分系統(tǒng)位于系統(tǒng)后端；所述激光發(fā)射分系統(tǒng)由激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器、激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器、焦距為f1的發(fā)射透鏡、焦距為f2的發(fā)射透鏡和分光片構(gòu)成，其間的位置連接關(guān)系是該激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器與焦距為f1的發(fā)射透鏡的光軸同軸放置，該焦距為f1的發(fā)射透鏡使波長為808nm的激光以較大發(fā)散角照射出去；該激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器與焦距為f2的發(fā)射透鏡的光軸同軸放置，且焦距為f2的發(fā)射透鏡放置在激光波長為905nm的半導(dǎo)體激光器前方，使激光發(fā)射角變??；該焦距為f1的發(fā)射透鏡的光軸與焦距為f2的發(fā)射透鏡的光軸互相垂直；該分光片與兩個(gè)透鏡光軸均成45°角放置，放置在激光波長為808nm的半導(dǎo)體激光器與焦距為f1的發(fā)射透鏡之間，且放在焦距為f2的發(fā)射透鏡前端；分光片將波長為808nm的激光進(jìn)行透射，將波長為905nm的激光進(jìn)行反射，反射后的光經(jīng)過焦距為f1的發(fā)射透鏡發(fā)射出去后成為2mrad準(zhǔn)直光束；所述激光接收分系統(tǒng)由接收透鏡、分光片、雪崩光電二極管APD接收器、電荷耦合器件CCD構(gòu)成，其間的位置連接關(guān)系是該電荷耦合器件CCD與接收透鏡光軸同軸放置，該雪崩光電二極管APD接收器與接收透鏡光軸垂直放置，該分光片放在電荷耦合器件CCD與接收透鏡之間，分光片與接收透鏡光軸成45°角放置；分光片將入射光中波長為808nm的激光進(jìn)行透射，將波長為905nm的激光進(jìn)行反射；透過的光被電荷耦合器件CCD接收，反射的光被雪崩光電二極管APD接收器接收；所述信息處理及顯示分系統(tǒng)由基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元及液晶顯示器LCD構(gòu)成，它們之間的位置連接關(guān)系是液晶顯示器LCD放置在基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元的后側(cè)；雪崩光電二極管APD接收器與電荷耦合器件CCD接收到的光信號(hào)傳給基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元處理轉(zhuǎn)換后由液晶顯示器LCD將圖像信息和測(cè)距數(shù)據(jù)顯示出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，其特征在于該接收透鏡的 焦距是80mm，有效口徑是54. 0mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，其特征在于該雪崩光電二 極管 APD 接收器是 PerkinElmer 公司的 Silicon APD，型號(hào)為 C30737LH-500-92。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，其特征在于該電荷耦合器 件 CCD 是 Sony 公司的 1/3-inch B/ff Sony CCD，型號(hào)為 BS-568，最低照度 0. 01Lux/Fl. 2，規(guī) 格為 49 X 29 X 54mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，其特征在于該基于數(shù)字信 號(hào)處理器DSP的信息處理單元采用的是Ti公司的DM642芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，其特征在于該液晶顯示器 LCD 的規(guī)格是 126. 5X100X84. 672mm，型號(hào)為 JD50MLXD RD001-A056N52。
全文摘要
一種手持晝夜激光成像測(cè)距儀，它由激光發(fā)射分系統(tǒng)、激光接收分系統(tǒng)、信息處理及顯示分系統(tǒng)構(gòu)成，其位置連接關(guān)系是激光發(fā)射分系統(tǒng)和激光接收分系統(tǒng)位于系統(tǒng)前端，信息處理及顯示分系統(tǒng)位于系統(tǒng)后端。該激光發(fā)射分系統(tǒng)由照明激光光源、測(cè)距激光光源、分光片和發(fā)射透鏡組成；該激光接收分系統(tǒng)由接收透鏡、分光片、電荷耦合器件CCD和雪崩光電二極管APD接收器組成；該信息處理及顯示分系統(tǒng)由基于數(shù)字信號(hào)處理器DSP的信息處理單元和液晶顯示器LCD構(gòu)成。該設(shè)備以激光為照明光源，不受外部環(huán)境限制，能晝夜對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)距。它集成了激光成像和激光測(cè)距兩套分系統(tǒng)，且共孔徑發(fā)射和接收，構(gòu)思科學(xué)、結(jié)構(gòu)新穎，在激光成像和測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域里具有廣闊地應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01S17/89GK101975953SQ20101029343
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者任熙明, 黨二升, 吳磊, 李麗 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)