一種不同瞄準(zhǔn)線上多目標(biāo)脈沖激光測距裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不同瞄準(zhǔn)線上多目標(biāo)脈沖激光測距裝置及方法，屬于脈沖激光測距領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光測距精度高、速度快、測程遠(yuǎn)，且測距精度與測量距離無關(guān)，因此在工程和軍事領(lǐng)域應(yīng)用很廣。脈沖激光測距機(jī)發(fā)射系統(tǒng)向目標(biāo)發(fā)射一個激光脈沖，經(jīng)過目標(biāo)反射后的回波脈沖進(jìn)入接收系統(tǒng)，激光測距機(jī)的計(jì)數(shù)系統(tǒng)測量出激光脈沖在待測距離上往返傳播的時間，即可確定目標(biāo)的距離。為了排除同一方向地物、樹木等的干擾，激光測距機(jī)增加了距離選通電路。利用距離選通技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)測距，但要求多個待測目標(biāo)在同一瞄準(zhǔn)線上。對不在同一瞄準(zhǔn)線上有一定立體縱深的多個目標(biāo)同時進(jìn)行測距，目前尚無方法和裝置能夠解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明結(jié)合光場相機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種發(fā)射一次激光即能對不在同一瞄準(zhǔn)線上有一定立體縱深的多個目標(biāo)同時進(jìn)行測距的裝置及方法。
[0004]本發(fā)明應(yīng)用的光場相機(jī)技術(shù)原理如下:
四維光場可以表示空間內(nèi)的所有光線。相對于傳統(tǒng)相機(jī)只能儲存每個像素對應(yīng)的輻照，光場相機(jī)不僅能儲存每個像素對應(yīng)的照度，還能記錄照到該像素的光線的方向。光場相機(jī)圖像的形成分測量與處理兩步。在測量過程，圖像傳感器記錄了光線的強(qiáng)度與方向；在處理過程，光場相機(jī)通過計(jì)算可以生成焦點(diǎn)在任意位置的傳統(tǒng)相機(jī)圖像。因此，光場相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)“先拍照，后對焦”。
[0005]傳統(tǒng)相機(jī)對焦的過程是通過轉(zhuǎn)動調(diào)焦環(huán)來調(diào)節(jié)鏡頭光心到成像面的距離，光場相機(jī)是通過軟件移動假想的成像面，利用相似三角形原理計(jì)算出來的。因此，如果使用激光測距技術(shù)測得某一目標(biāo)距離，同時使用光場相機(jī)技術(shù)記錄該目標(biāo)成像的光場數(shù)據(jù)，通過軟件程序移動假想成像面即可實(shí)現(xiàn)對與該目標(biāo)不在同一瞄準(zhǔn)線上有一定立體縱深的多個目標(biāo)同時進(jìn)行測距。
[0006]結(jié)合上述原理，本發(fā)明采用的具體方案如下:
一種不同瞄準(zhǔn)線上多目標(biāo)脈沖激光測距裝置，包括激光發(fā)射接收組件、光學(xué)組件和電子組件，所述的激光發(fā)射接收組件包括激光器、發(fā)射天線和光電接收管，所述的光學(xué)組件包括物鏡、分光棱鏡、微透鏡陣列和電荷親合器件，微透鏡陣列位于物鏡的像面處，分光棱鏡位于物鏡和微透鏡陣列之間，用于將物鏡中穿出的激光回波反射到光電接收管上而穿出的其他光線穿過分光棱鏡到達(dá)微透鏡陣列；電荷耦合器件位于微透鏡陣列的焦距處，微透鏡陣列獲取目標(biāo)的光場數(shù)據(jù)投射到電荷耦合器件上，由其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并傳輸給電子組件；光電接收管將激光回波脈沖信號傳輸給電子組件，電子組件包括電源模塊、目標(biāo)距離計(jì)算模塊、光場圖像數(shù)據(jù)處理模塊和顯示及控制模塊，電源模塊用于為激光器、光電接收管和電荷耦合器件提供工作電壓；目標(biāo)距離計(jì)算模塊和光場圖像數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)讀入的激光回波脈沖信號和目標(biāo)光場數(shù)據(jù)計(jì)算并輸出目標(biāo)圖像和對應(yīng)的目標(biāo)距離，同時利用光場數(shù)字重對焦技術(shù)分別輸出視場范圍內(nèi)不在同一瞄準(zhǔn)線上的其他目標(biāo)圖像及目標(biāo)距離；顯示及控制模塊用于輸出觸發(fā)信號控制激光器，并用于顯示目標(biāo)圖像和目標(biāo)距離。
[0007]所述分光棱鏡可以為任意角度棱鏡，確保具有一個反射面，反射激光回波即可，并使得光電接收管位于反射光線經(jīng)過的位置。優(yōu)選的，所述分光棱鏡為直角反射棱鏡，其斜邊所在側(cè)面上鍍有激光全反膜。這樣可使得目標(biāo)反射的激光回波反射到光電接收管上，而其他光線穿過分光棱鏡投射到微透鏡陣列上。
[0008]優(yōu)選的，所述的電荷耦合器件采用KAF-16803圖像傳感器芯片。
[0009]優(yōu)選的，所述的微透鏡陣列為292X292元，焦距500微米，直徑125微米。微透鏡陣列的尺寸可根據(jù)與電荷耦合器件的搭配來設(shè)置。
[0010]優(yōu)選的，所述的目標(biāo)距離計(jì)算模塊采用AT89C55單片機(jī)，用作核心處理器件。
[0011]優(yōu)選的，所述的光場圖像數(shù)據(jù)處理模塊采用型號為EP2C35F484C6N的FPGA芯片。
[0012]優(yōu)選的，所述的顯示及控制模塊采用夏普LS050T1SX01液晶屏，分辨率為1080*1920。
[0013]一種應(yīng)用上述裝置的不同瞄準(zhǔn)線上多目標(biāo)脈沖激光測距方法，包括以下步驟:
(I )、瞄準(zhǔn)目標(biāo)，收集目標(biāo)光場數(shù)據(jù):打開電源，通過顯示及控制模塊對焦并瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)后發(fā)出觸發(fā)信號，目標(biāo)反射的光線穿過物鏡、分光棱鏡后經(jīng)微透鏡陣列成像形成目標(biāo)光場數(shù)據(jù)，電荷耦合器件記錄目標(biāo)光場數(shù)據(jù)并輸出給電子組件的光場圖像數(shù)據(jù)處理模塊；
(2)、發(fā)射激光，收集激光回波信號:一幀目標(biāo)光場數(shù)據(jù)輸出完畢后，顯示及控制模塊控制激光器發(fā)出激光脈沖，經(jīng)目標(biāo)反射后的激光回波穿過物鏡后經(jīng)分光棱鏡反射到達(dá)光電接收管，形成激光回波脈沖信號輸出給電子組件的目標(biāo)距離計(jì)算模塊；
(3)、處理并顯示當(dāng)前目標(biāo)的圖像和距離:光場圖像數(shù)據(jù)處理模塊處理計(jì)算輸入的目標(biāo)光場數(shù)據(jù)，得出當(dāng)前目標(biāo)圖像并發(fā)送給顯示及控制模塊顯示；目標(biāo)距離計(jì)算模塊計(jì)算出當(dāng)前目標(biāo)的距離信息并發(fā)送給顯示控制模塊顯示；
(4)、處理并顯示其他目標(biāo)的圖像和距離:通過顯示及控制模塊移動假想成像面，進(jìn)行光場數(shù)據(jù)重新對焦，分別對準(zhǔn)視場范圍內(nèi)不在同一瞄準(zhǔn)線上的其他目標(biāo)，逐個計(jì)算并顯示其他目標(biāo)的圖像和距離。
[0014]本發(fā)明將激光測距技術(shù)與光場相機(jī)技術(shù)相結(jié)合，僅發(fā)射一次激光，就實(shí)現(xiàn)對不在同一瞄準(zhǔn)線上的多個目標(biāo)同時進(jìn)行測距，能明顯減少激光發(fā)射次數(shù)，延長激光器使用壽命，并且有效提高了測距的效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的工作時序圖；
圖中，1、物鏡，2、分光棱鏡，3、光學(xué)組件，4、微透鏡陣列，5、電荷親合器件，6、激光發(fā)射接收組件，7、發(fā)射天線，8、激光器，9、光電接收管，10、目標(biāo)距離計(jì)算模塊，11、光場圖像數(shù)據(jù)處理模塊，12、電源模塊，13、顯示及控制模塊，14、電子組件。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面以非限定性的實(shí)施例來進(jìn)一步解釋說明本發(fā)明。
[0017]一種不同瞄準(zhǔn)線上多目標(biāo)激光脈沖測距裝置，如圖所示，包括激光發(fā)射接收組件6、光學(xué)組件3和電子組件14。
[0018]激光發(fā)射接收組件6由激光器8、發(fā)射天線7和光電接收管9組成，激光器8采用YAG小型固體激光器，發(fā)射激光波長為1.06um。光電接收管9采用PIN光電二極管。在電子組件14的控制下由激光器8經(jīng)發(fā)射天線7向目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，返回的激光回波由光電接收管9接收并轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號輸出給電子組件14。
[0019]光學(xué)組件3由物鏡1、分光棱鏡2、微透鏡陣列4和電荷親合器件5組成，微透鏡陣列4為292 X 292元，其焦距為500微米，直徑為125微米，微透鏡陣列4位于物鏡I的像面處。分光棱鏡2位于物鏡I和微透鏡陣列4之間，分光棱鏡2為截面為直角三角形的棱鏡，其中斜邊所在側(cè)面鍍有1.06um波長的激光全反膜，目標(biāo)反射的激光回波以及其他照到目標(biāo)上的光線穿過物