一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统技术方案

本发明专利技术公了一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统，包括计算机终端连接的发射端和接收端，其特征在于所述发射端包括顺序连接的单模激光器、液晶散光板、第一半波片、第一扩束单元、正交偏振结构光产生模块、第三反射镜、第二扩束单元、第一光楔、第二光楔和扫描控制器，扫描控制器与计算机终端连接；所述接收端包括顺序连接的望远单元、第二半波片和BS分光棱镜，还包括与BS分光棱镜第二连接端连接的第二PBS偏振分光棱镜和与BS分光棱镜第三连接端顺序连接的第三1/4波片、第三PBS偏振分光棱镜及第五反射镜。这种系统具有较高的成像精度、动态的探测范围、实时性强，能实现高精度、远距离、高分辨率的三维成像。

【技术实现步骤摘要】
一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统
本专利技术是涉及无人机技术，具体是无人机的三维感知、测绘恢复实时场景的三维成像技术，尤其是一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统。
技术介绍
激光雷达拥有极高的探测精度、快速实时的探测速度、较强的抗干扰能力等特点，受到了自动驾驶领域、测绘领域研究人员的关注。面阵三维成像激光雷达在实际应用方面比较多样化，在空间探索方面，Sandia国家实验室将无扫描成像面阵激光雷达应用于航天器的隔热层的损坏的快速检测；军事应用方面，主要应用有如飞行器的近地导航，目标去伪装侦别，三维目标锁定等，在民用领域，近年来，随着人工智能的崛起，无人驾驶技术的日渐成熟，激光雷达作为无人驾驶系统的眼睛之一，目前应用于无人驾驶车上的主要是线阵激光雷达，成像精度有待提高；在文化艺术领域，新型面阵扫描式激光远距离三维测量系统对于构建真三维和后期的电视节目制作极有帮助；在艺术品文物保护方面可以利用新型面阵扫描式激光远距离三维测量系统进行无接触测量并获得文物的外形精确尺寸。面阵三维成像技术在众多领域有着巨大的应用潜力和实用价值。现有技术之一：参见“ChenfeiJin,YuanZhao,etal.,Scannerlessgain-modulatedthree-dimensionallaserimagingradar.ProceedingsofSPIE,2011,8159:R1-R6”，哈尔滨工业大学研制了增益调制型的三维凝视成像激光雷达，采用了测距精度与探测距离无关的指数-恒定增益调制模型，对距离1km处的建筑物进行探测，测距精度为5m。这种基于增益调制的三维成像激光雷达，测距精度受激光脉冲和选通脉冲宽度的制约，其所用的ICCD成像过程需要引入中继光学系统、光纤耦合系统等，降低了系统能量使用效率，限制了横向分辨率。现有技术之二：参见“张勇,曹喜滨,吴龙等,小面阵块扫描激光成像系统实验研究,中国激光,2013,40(8):1-7”清华大学郑睿童等研制了1×16的线阵APD探测器进行目标一维非扫描测距实验，设计了多通道的并行前置放大电路，利用脉冲时间飞行法对16m远处台阶进行一维距离成像，实验结果表明其距离分辨率达到了10cm左右。现有技术之三：参见“http://www.hesaitech.com/”上海和赛科技，2017年4月正式发布面向自动驾驶的40线机械式激光雷达，探测距离(0.3m-200m)，测量精度±5cm(0.3m-0.5m),±2cm(0.5m-200m)，水平视场角360°，垂直视场角-16.7°-7°，测量频率720kHz，扫描频率10Hz、20Hz，基于飞行时间测量法(TOF)，测量精度相对于面型精细的测量需求来说是不够的。现有技术之四：参见“http://www.robosense.cn/”深圳市速腾聚创，速腾聚创的32线HAD激光雷达，测量距离(0.2m-200m)，测量精度±2cm，水平视场角360°，垂直测角30°，每秒出点数64万个，基于飞行时间测量法(TOF)，测量精度相对于面型精细的测量需求是不满足的。上述激光雷达制作成本高昂，通用性不强，在自动驾驶领域的激光雷达需要360度的全场测量，需要及其复杂的扫描机构，成本也很高，上述激光雷达均采用TOF时间飞行法，这种成像方式得出的点云数据所构成的三维信息只能得到物体的大致轮廓，精度仍然满足不了当前社会的需求，故一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统的研制，成为了人们的迫切需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统。这种系统具有较高的成像精度、动态的探测范围、实时性强，能实现高精度、远距离、高分辨率的三维成像。实现本专利技术目的的技术方案是：一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统，包括计算机终端连接的发射端和接收端，与现有技术不同在于，所述发射端包括顺序连接的单模激光器、液晶散光板、第一半波片、第一扩束单元、正交偏振结构光产生模块、第三反射镜、第二扩束单元、第一光楔、第二光楔和扫描控制器，扫描控制器与计算机终端连接；所述接收端包括顺序连接的望远单元、第二半波片和BS分光棱镜，还包括与BS分光棱镜第二连接端连接的第二PBS偏振分光棱镜和与BS分光棱镜第三连接端顺序连接的第三1/4波片、第三PBS偏振分光棱镜及第五反射镜，其中，第二PBS偏振分光棱镜的第二连接端外接第一CCD相机、第二PBS偏振分光棱镜的第三连接端顺序连接第四反射镜和第二CCD相机，第三PBS偏振分光棱镜的第二连接端外接第三CCD相机，第三PBS偏振分光棱镜的第三连接端连接的第五反射镜外接第四CCD相机,第一CCD相机、第二CCD相机、第三CCD相机和第四CCD相机均与计算机终端连接。所述发射端中正交偏振结构光产生模块包括第一PBS偏振分光棱镜和与第一PBS偏振分光棱镜第二连接端顺序连接的第一1/4波片、第一反射镜及与第一PBS偏振分光棱镜第三连接端顺序连接的第二1/4波片、第二反射镜，其中，第一PBS偏振分光棱镜内部的镀膜与第一扩束单元出射的光线呈45°放置，第一1/4波片、第一反射镜与第一PBS偏振分光棱镜内部的镀膜反射光线垂直放置；第二1/4波片、第二反射镜与第一PBS偏振分光棱镜内部的镀膜透射光线垂直放置，正交偏振结构光产生模块产生的正交偏振结构光入射面与第三反射镜呈45度角，以保证第三反射镜出射光线垂直入射到第二扩束单元。所述发射端中液晶散光板的入射面与单模激光器产生的激光呈90度角，所述液晶散光板光线的出射面平行于第一半波片的光线入射面。所述发射端中第一扩束单元的光线入射面平行于第一半波片的光出射面，第一扩束单元的光线出射面与正交偏振结构光产生模块的光入射面平行，激光由第一扩束单元垂直入射至正交偏正结构光产生模块中。所述发射端中第一光楔与第二光楔对立放置组成双光楔，第一光楔和第二光楔的光轴与第二扩束单元的光轴保持等高放置，与双光楔连接的扫描控制器用于控制雷达的扫描范围。所述接收端中第二半波片的光线入射面平行于望远单元的光出射面，望远单元的出射光线与第二半波片的光线入射面垂直，第二半波片的光线出射面与BS分光棱镜的镀膜呈45度角。所述接收端中BS分光棱镜的光线反射面与第三1/4波片的光线入射面呈45度角，BS分光棱镜的反射光垂直入射于第三1/4波片。所述接收端中第二PBS偏振分光棱镜的设置状态与BS分光棱镜的设置状态一致，第二PBS偏振分光棱镜的透射光线垂直入射第一CCD相机，第二PBS偏振分光棱镜的光线透射面与第一CCD相机的光线入射面呈45度夹角，第二PBS偏振分光棱镜的光线反射面与第四反射镜平行，其中，第二PBS偏振分光棱镜的反射光线入射于与之呈45度角设置的第四反射镜，第四反射镜的反射光线垂直入射第二CCD相机，第四反射镜的光线反射面与第二CCD相机的光线入射面呈45度夹角。所述接收端中第三PBS偏振分光棱镜的镀膜与第三1/4波片的出射面呈45度角，第三PBS偏振分光棱镜的镀膜与第三CCD相机的入射面呈45度角，第三PBS偏振分光棱镜的透射面与第五反射镜平行。所述接收端中第五反射镜的反射光线垂直入射第四CCD相机，第五反射镜的光线反射面与第四CCD相机的光线入射面呈45度角。本技术方案中，激光发射端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统，包括计算机终端连接的发射端和接收端，其特征在于，所述发射端包括顺序连接的单模激光器、液晶散光板、第一半波片、第一扩束单元、正交偏振结构光产生模块、第三反射镜、第二扩束单元、第一光楔、第二光楔和扫描控制器，扫描控制器与计算机终端连接；所述接收端包括顺序连接的望远单元、第二半波片和BS分光棱镜，还包括与BS分光棱镜第二连接端连接的第二PBS偏振分光棱镜和与BS分光棱镜第三连接端顺序连接的第三1/4波片、第三PBS偏振分光棱镜及第五反射镜，其中，第二PBS偏振分光棱镜的第二连接端外接第一CCD相机、第二PBS偏振分光棱镜的第三连接端顺序连接第四反射镜和第二CCD相机，第三PBS偏振分光棱镜的第二连接端外接第三CCD相机，第三PBS偏振分光棱镜的第三连接端连接的第五反射镜外接第四CCD相机，第一CCD相机、第二CCD相机、第三CCD相机和第四CCD相机均与计算机终端连接。

【技术特征摘要】
1.一种面阵扫描式激光远距离三维测量系统，包括计算机终端连接的发射端和接收端，其特征在于，所述发射端包括顺序连接的单模激光器、液晶散光板、第一半波片、第一扩束单元、正交偏振结构光产生模块、第三反射镜、第二扩束单元、第一光楔、第二光楔和扫描控制器，扫描控制器与计算机终端连接；所述接收端包括顺序连接的望远单元、第二半波片和BS分光棱镜，还包括与BS分光棱镜第二连接端连接的第二PBS偏振分光棱镜和与BS分光棱镜第三连接端顺序连接的第三1/4波片、第三PBS偏振分光棱镜及第五反射镜，其中，第二PBS偏振分光棱镜的第二连接端外接第一CCD相机、第二PBS偏振分光棱镜的第三连接端顺序连接第四反射镜和第二CCD相机，第三PBS偏振分光棱镜的第二连接端外接第三CCD相机，第三PBS偏振分光棱镜的第三连接端连接的第五反射镜外接第四CCD相机，第一CCD相机、第二CCD相机、第三CCD相机和第四CCD相机均与计算机终端连接。2.根据权利要求1所述的面阵扫描式激光远距离三维测量系统，其特征在于，所述发射端中正交偏振结构光产生模块包括第一PBS偏振分光棱镜和与第一PBS偏振分光棱镜第二连接端顺序连接的第一1/4波片、第一反射镜及与第一PBS偏振分光棱镜第三连接端顺序连接的第二1/4波片、第二反射镜，其中，第一PBS偏振分光棱镜内部的镀膜与第一扩束单元4出射的光线呈45°放置，第一1/4波片、第一反射镜与第一PBS偏振分光棱镜内部的镀膜反射光线垂直放置；第二1/4波片、第二反射镜与第一PBS偏振分光棱镜内部的镀膜透射光线垂直放置，正交偏振结构光产生模块产生的正交偏振结构光出射面与第三反射镜呈45度角，以保证第三反射镜出射光线垂直入射到第二扩束单元。3.根据权利要求1所述的面阵扫描式激光远距离三维测量系统，其特征在于，所述发射端中液晶散光板的入射面与单模激光器产生的激光呈90度角，所述液晶散光板光线的出射面平行于第一半波片的光线入射面。4.根据权利要求1所述的面阵扫描式激光远距离三维测量系统，其特征在于，所述发射端中第一扩束单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱勇建，唐楚柳，郭磊，鲁健恒，马俊飞，宋树祥，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西,45