本实用新型专利技术提供一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置，其特征在于：所述装置由脉冲激光器1、扫描振镜2、反射镜3、发射窗口4、汇聚透镜5、镜筒6、探测器7、探测信号放大电路8、数字信号处理板9、激光器驱动信号板10、扫描振镜驱动板11和扫描振镜壳体12组成；本实用新型专利技术利用扫描振镜对物体进行扫描，扫描速度快、扫描盲区小，脉冲激光器只在需要的时刻发射脉冲，且图像分辨率可根据要求调整，有效地降低了采集的目标数据。本实用新型专利技术结构简单，激光发射和接收系统光学零件较少，激光发射器利用两片反射镜，汇聚透镜利用1片透镜，扫描振镜壳体的玻璃窗口、汇聚透镜和发射窗口均镀红外增透膜，其光学透过率可达99％以上，成本低，可靠性高，可取代传统的体积和质量较大的机械扫描机构，推广应用范围广。
【技术实现步骤摘要】
一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置
本技术属于红外激光成像
，涉及一种基于变频发射的脉冲红外激光成像装置，特别涉及一种变频发射脉冲激光器，利用微型振镜对激光束进行扫描，同时测量目标距离，从而实现对目标的激光成像。
技术介绍
现有的光学成像方式主要包括可见光成像、红外成像和激光成像三种方式。可见光和红外成像方式图像的分辨率较高，成像速度快，但是可见光成像方式只能在白天使用，而且和红外成像方式一样，受云雾的影响较大，云雾可降低红外和可见光探测器的作用距离，影响对目标的成像和识别。另外，可见光和红外成像抗地物背景的能力较差，也不能提供目标的距离参数。可见光和红外成像方式都是被动成像方式。激光成像是主动成像方式，相较于被动方式来说，其穿透烟雾的能力更强，也容易获得较大的输出能量，而且激光输出的高频率激光束对地物背景具有很强的抗干扰能力，因此激光成像方式在穿透烟雾和抗背景干扰方面具有很大的优势。但是现有的激光成像装置一般采用机械扫描成像方式，通过驱动电机带动机械扫描机构对目标进行逐行扫描，其缺点是扫描速度慢，扫描机构体积大，重量较重。近年来出现的非扫描激光成像装置由于技术复杂，价格昂贵，其应用受到很大制约。例如美国VelodyneLidar公司研制了一种激光雷达“PUCKLITE”，重量为590克，是世界上最轻的激光传感器，但是，由于该激光传感器采用16通道的接收和发射，激光发射和接收的控制也比较复杂，而且传感器成本较高。专利号为201510453995.1，提出一种双联动MOEMS型仿人眼扫描激光成像系统，其扫描方式是按照由内向外环选的方式扫描，整个视场得到的图像信息即为目标的极坐标转换形式，该方法的特点是得到的图像是对数极坐标图像，扫描轨迹为环形扫描轨迹。其扫描方式采用由内向外环选的方式扫描，对各环的控制比较复杂，而且其光路采用5个透镜，降低了光学系统的透过率。
技术实现思路
针对上述现有技术不足，本技术提供一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置。激光器通过采取变频脉冲发射时序从而获得目标的均匀扫描点，将扫描轨迹转换为直角坐标成像，而且图像分辨率可根据要求调整，有效地降低采集的目标数据，从而实现对目标的精准成像。由于扫描图像是非线性的，扫描区域中扫描速度是不断变化的，扫描区域的边缘速率相较于扫描区域中心位置速率较慢，扫描速率的快慢可能会造成扫描点不均匀，由此扫描图像中可能会丢失图像点，从而造成扫描图像不清晰或变形。为获得清晰均匀的目标图像，就必须获得均匀的扫描点。本技术利用两维扫描振镜，将扫描振镜置于两个摆动轴的中心位置，采用静电驱动方式，采取变频脉冲发射时序获得目标的均匀扫描点，当激光束入射到扫描振镜上时，通过控制扫描振镜的摆动，反射激光束并对光束进行扫描，实现在俯仰和方位两个方向对目标的快速扫描；目标反射回来的激光束，经过光学系统汇聚到探测器上，转换为含有目标信息的电信号，根据激光发射和接收的脉冲信号得到目标的距离信息，并与扫描镜输出的俯仰和方位角度合成，可生成包含目标信息的三维图像。本技术提供一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置，其特征在于：所述装置由脉冲激光器1、扫描振镜2、反射镜3、发射窗口4、汇聚透镜5、镜筒6、探测器7、探测信号放大板8、数字信号处理板9、激光器驱动信号板10、扫描振镜驱动板11和扫描振镜壳体12组成；所述扫描振镜壳体12顶部为玻璃窗口；所述数字信号处理板9、激光器驱动信号板10、扫描振镜驱动板11通电后，所述激光器驱动信号板10将产生的驱动信号送给脉冲激光器1，脉冲激光器1根据触发信号发出红外激光脉冲；所述脉冲激光器1将产生的脉冲信号发射到反射镜3；所述反射镜3将光束直接反射到扫描振镜2，扫描振镜2对目标持续不断地扫描；所述扫描振镜驱动板11通电发出正弦频率信号，驱动扫描振镜2在俯仰和方位摆动扫描；所述镜筒6的顶部胶接汇聚透镜5，底部通过螺纹连接探测器7；扫描振镜2将反射的光束经过发射窗口4照射到目标上，目标的反射回波经过汇聚透镜5汇聚到探测器7上，探测器7将汇聚透镜5接收到的光信号转换为电信号，再经过探测信号放大板8将信号放大后传输到数字信号处理板9，对目标反射的回波信号进行存储、选择、平滑滤波，得到含有目标位置信息的坐标点；同时数字信号处理板9对发射和接收激光的时间延迟进行计算，得到激光发出位置到照射到目标点的距离值。数字信号处理板9将目标位置坐标点和距离值合成输出目标的三维图像。本技术进一步提供一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置，其特征在于：所述扫描振镜2在方位和俯仰方向以正弦规律做两维摆动，得到的坐标点如下：其中ρ1和ρ2是分别为扫描振镜在方位和俯仰方向扫描的幅度，f1和f2分别为扫描振镜x轴和y轴的频率，θ1和θ2是分别为扫描振镜x轴和y轴扫描的初始相位，在不同的时刻ti，可以得到该点的坐标值x(i)和y(i)。坐标点和时间的关系是非线性的。本技术进一步提供一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置，其特征在于：所述汇聚透镜5直径为15-25mm；所述汇聚透镜5、扫描振镜壳体12顶部的玻璃窗口和发射窗口4镀红外增透膜。本技术提供一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置，其特征在于：所述“激光发出位置到照射到目标点的距离值”为：d＝c×Δt/2(2)其中，c为常数，代表光速，Δt为激光发射脉冲和接收脉冲的时间差。有益效果：1、本技术中的脉冲激光器，只在需要的时刻发射脉冲，将扫描轨迹转换为直角坐标成像，而且图像分辨率可根据要求调整，有效地降低了采集的目标数据。2、本技术利用扫描振镜对物体进行扫描，扫描速度快、扫描盲区小，可靠性高，成像装置的运动部件只有扫描振镜，体积小，重量轻。3、本技术系统集成度高，结构简单，激光发射和接收系统光学零件较少，激光发射器利用两片反射镜，汇聚透镜利用1片透镜，扫描振镜壳体的玻璃窗口、汇聚透镜和发射窗口均镀红外增透膜，相近于其他现有激光成像装置，其光学透过率可达99％以上，同时还可取代传统的体积和质量较大的机械扫描机构，并显著降低成本。附图说明图1扫描振镜扫描红外激光成像装置结构图图2扫描振镜扫描红外激光成像装置结构图俯视图图3红外激光在二维扫描振镜上的扫描轨迹图图4等间距输入TTL电平信号图5等间距输出激光脉冲信号图6等间距输入TTL电平信号激光的扫描点图图7不等间距输入TTL电平信号图8不等间距输出激光脉冲信号图9不等间距输入TTL电平信号激光的扫描点图图10激光发射和接收时间延迟示意图图11扫描振镜驱动信号波形及频率图12探测信号放大板电路图其中：脉冲激光器1、扫描振镜2、反射镜3、发射窗口4、汇聚透镜5、镜筒6、探测器7、探测信号放大板8、数字信号处理板9、激光器驱动信号板10、扫描振镜驱动板11组成；所述数字信号处理板9、激光器驱动信号板10、扫描振镜驱动板11、扫描振镜壳体12具体实施方式下面对本技术做进一步详细说明，其中：脉冲激光器采用高重频脉冲激光器，扫描振镜以二维扫描振镜为例、数字信号处理板以TMS320TM642芯片为例，探测器采用APD探测器、汇聚透镜5直径为20mm。本技术提供一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置，其特征在于：所述装置由脉冲激光器1、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置，其特征在于：所述装置由脉冲激光器(1)、扫描振镜(2)、反射镜(3)、发射窗口(4)、汇聚透镜(5)、镜筒(6)、探测器(7)、探测信号放大电路(8)、数字信号处理板(9)、激光器驱动信号板(10)、扫描振镜驱动板(11)和扫描振镜壳体(12)组成；所述扫描振镜壳体(12)顶部为玻璃窗口；所述数字信号处理板(9)、激光器驱动信号板(10)、扫描振镜驱动板(11)通电后，所述激光器驱动信号板(10)将产生的驱动信号送给脉冲激光器(1)，脉冲激光器(1)根据触发信号发出红外激光脉冲；所述脉冲激光器(1)将产生的脉冲信号发射到反射镜(3)；所述反射镜(3)将光束直接反射到扫描振镜(2)，扫描振镜(2)对目标持续不断地扫描；所述扫描振镜驱动板(11)通电后发出正弦频率信号，驱动扫描振镜(2)在俯仰和方位摆动扫描；所述镜筒(6)的顶部胶接汇聚透镜(5)，底部通过螺纹连接探测器(7)；扫描振镜(2)将反射的光束经过发射窗口(4)照射到目标上，目标的反射回波经过汇聚透镜(5)汇聚到探测器(7)上，探测器(7)将汇聚透镜(5)接收到的光信号转换为电信号，再经过探测信号放大电路(8)将信号放大后传输到数字信号处理板(9)，对目标反射的回波信号进行存储、选择、平滑滤波，得到含有目标位置信息的坐标点；同时数字信号处理板(9)对发射和接收激光的时间延迟进行计算，得到激光发出位置到照射到目标点的距离值；数字信号处理板(9)将目标位置坐标点和距离值合成输出目标的三维图像。...
【技术特征摘要】
1.一种基于变频发射脉冲的红外激光成像装置，其特征在于：所述装置由脉冲激光器(1)、扫描振镜(2)、反射镜(3)、发射窗口(4)、汇聚透镜(5)、镜筒(6)、探测器(7)、探测信号放大电路(8)、数字信号处理板(9)、激光器驱动信号板(10)、扫描振镜驱动板(11)和扫描振镜壳体(12)组成；所述扫描振镜壳体(12)顶部为玻璃窗口；所述数字信号处理板(9)、激光器驱动信号板(10)、扫描振镜驱动板(11)通电后，所述激光器驱动信号板(10)将产生的驱动信号送给脉冲激光器(1)，脉冲激光器(1)根据触发信号发出红外激光脉冲；所述脉冲激光器(1)将产生的脉冲信号发射到反射镜(3)；所述反射镜(3)将光束直接反射到扫描振镜(2)，扫描振镜(2)对目标持续不断地扫描；所述扫描振镜驱动板(11)通电后发出正弦频率信号，驱动扫描振镜(2)在俯仰和方位摆动扫描；所述镜筒(6)的顶部胶接汇聚透镜(5)，底部通过螺纹连接探测器(7)；扫描振镜(2)将反射的光束经过发射窗口(4)照射到目标上，目标的反射回波经过汇聚透镜(5)汇聚到探测器(7)上，探测器(7)将汇聚透镜(5)接收到的光信号转换为电信号，再经过探测信号放大电路(8)将信号放大后传...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，
申请(专利权)人：刘鹏，
类型：新型
国别省市：北京,11
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