一种激光雷达扫描成像系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术提供了一种激光雷达扫描成像系统及其测量方法，其中包括，发射模块、接收模块、数据采集模块、主控模块、数据传输模块，所述发射模块包括激光器、反射镜，接收模块包括接收光学镜头和焦平面阵列探测器，所述反射镜可在正交的两个维度上调节角度。本发明专利技术的方法具有扫描型激光雷达和泛光照明型激光雷达的优点，在旁轴体系下，发射光学无需承担反射光接收的功能，因此可采用小尺寸、轻量化的振镜进行扫描，由于采用焦平面上阵列排布的探测器单元对视场进行分割，每个探测器单元对应的视场角小，从而有效降低了背景光干扰，采用该方法可以实现轻量化、高帧率、远距离的成像雷达系统。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达扫描成像系统及其测量方法
本专利技术涉及一种激光雷达扫描成像系统及其测量方法。
技术介绍
激光雷达是一种空间信息主动探测手段，其基本工作原理与传统雷达类似：激光雷达向探测目标发射激光，然后由接收器收集被目标反射的光信号，通过测量发射信号的往返时间来确定目标的距离，由于激光具有的高相干性、方向性、单色性等优点，激光雷达系统能够实现远距离、高精度的测距功能。将单点测距的激光雷达通过扫描或多元阵列探测的形式扩展到二维，可构建具有成像能力的激光雷达，从而能获取更丰富的区域距离信息，目前成像激光雷达已经在自动驾驶、建筑物三维建模、地形测绘、交会对接等诸多场合得到应用成像激光雷达采用的技术方案通常分为扫描型或Flash型，前者采用二维摆镜对单点或多点激光测距系统的视野范围进行扩充，由于传统采用的机械摆镜重量、体积和驱动功率较大，难以构建轻量化、高帧率的成像激光雷达，而Fl(jsh型激光雷达发射扩束后的激光同时照明整个视场，并采用焦平面探测器一次性接收所有返回光并同步提取二维距离信息，可达到较高的帧率，但目前该方案在海量通道数据读出处理和大功率泛光照明等方面的技术成熟度不高，短期内难以得到应用。近年来兴起的微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，以下简称MEMS)激光雷达，在构建轻量化成像激光雷达上具有很大的潜力。该类激光雷达主要特点是采用MEMS微振镜代替机械镜作为扫描机构，在体积、功耗和集成性上都有很大优势，且MEMS微振镜的摆动频率较高，在帧率上也有出色的表现。但由于MEMS微振镜的镜面尺寸仅仅为数毫米，作为接收光学组件时口径有限，严重限制探测距离。为避开该缺点，一般采用旁轴光学系统，即MEMS微振镜只作为发射激光扫描用途，由相对MEMS微振镜而言口径较大且视场能覆盖发射激光扫描角度的光学镜头接收回波光。但该方法引入了新的问题：由于需要覆盖全部成像视野，接收光学系统的接收视场角大，导致接收到的背景光光强大大增强，严重降低了信噪比，为有效探测信号，只能采取提高发射激光功率、压缩视场角或缩短探测距离等补救措施，从而限制了MEMS型激光雷达的性能指标和应用范围。因此需要设计出一种全新的装置和方法来解决现有技术的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光雷达扫描成像系统及其测量方法，以克服现有技术中存在的不足。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种激光雷达扫描成像系统，包括，发射模块、接收模块、数据采集模块、主控模块、数据传输模块，所述发射模块包括激光器、反射镜，接收模块包括接收光学镜头和焦平面阵列探测器，所述反射镜可在正交的两个维度上调节角度。作为本专利技术的进一步改进，所述发射模块还包括触发电路、光束准直器。作为本专利技术的进一步改进，所述数据采集模块包括信号调理模块和模数转化电路。作为本专利技术的进一步改进，所述主控模块包括用以为发射模块提供触发信号、对角度可调的反射镜进行驱动和反馈角度采集、对采样模块的输出信号进行测距信息提取的逻辑器件。作为本专利技术的进一步改进，所述焦平面阵列探测器为在焦平面上放置的二维阵列排布的探测单元。本专利技术还提供了一种激光雷达扫描成像系统的测量方法，具体步骤如下，a、主控模块产生触发信号到发射模块，驱使后者发射激光，激光发射光束入射到角度可调的反射镜，并经过后者反射到当前角度对应的目标点表面；b、经过目标点反射的光被接收光学镜头接收，并汇聚在焦平面上二维排布的光电探测阵列中某一探测单元；探测单元c、根据反射镜、接收光学镜头、焦平面阵列探测器间的角度、距离位置确定出接收到反射光的探测单元位置；d、对接收到反射光的探测单元输出的光电信号进行采集处理，获取接收光信号时间信息，根据光速和发射光与接收光飞行时间差得到单点测距结果；e、通过调节镜面角度并采集接收到反射光的探测器单元输出信号可得到多个目标点的测距信息。本专利技术的方法具有扫描型激光雷达和泛光照明型激光雷达的优点，在旁轴体系下，发射光学无需承担反射光接收的功能，因此可采用小尺寸、轻量化的振镜进行扫描，由于采用焦平面上阵列排布的探测器单元对视场进行分割，每个探测器单元对应的视场角小，从而有效降低了背景光干扰，采用该方法可以实现轻量化、高帧率、远距离的成像雷达系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、高帧率、轻量化：采用旁轴的收发光学，可使用轻量化小口径的扫描反射镜，如MEMS振镜，达到比传统机械振镜更高的帧率，也便于实现激光雷达小型化；2、低背景光干扰：采用焦平面探测器单元作为光电探测器件，每个探测器单元对应的视场角小，有效降低背景光干扰，提高信噪比；3、生产工艺简单易行：接收器件采用焦平面探测器，只需要接收视场包含发射扫描范围即可，无需收发光轴精确配准，降低了生产工艺难度的同时，提高了设备的可靠性和量产化能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术激光雷达扫描成像系统示意图。具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。本实施方式提供了一种激光雷达扫描成像系统(参图1)，包括，发射模块(未图示)、接收模块(未图示)、数据采集模块(未图示)、主控模块1、数据传输模块，所述数据传输模块用以各个模块之间的信号传输，未图示。所述发射模块包括激光器2、反射镜3，接收模块包括接收光学镜头4和焦平面阵列探测器5，所述反射镜3可在正交的两个维度上自动调节角度。所述发射模块还包括触发电路(未图示)、光束准直器(未图示)，触发电路由主控模块1控制，用以触发激光器发射激光，光束准直器设置于激光器2和反射镜3之间，可以使得激光器2发射出来的激光更加精准的入射到反射镜3上，并提高激光雷达的角度分辨率。所述数据采集模块包括信号调理模块6和模数转化电路7。所述主控模块1包括用以为发射模块提供触发信号、对角度可调的反射镜3进行驱动和反馈角度采集、对数据采集模块的输出信号进行测距信息提取的逻辑器件。所述焦平面阵列探测器5为在焦平面上放置的二维阵列排布的探测单元51。探测单元具体的，本实施方式还提供了一种激光雷达扫描成像系统的测量方法，具体步骤如下，a、主控模块产生触发信号到发射模块，驱使后者发射激光，激光发射光束入射到角度可调的反射镜，并经过后者反射到当前角度对应的目标点表面；b、经过目标点反射的光被接收光学镜头接收，并汇聚在焦平面上二维排布的光电探测阵列中某一探测单元；探测单元；c、根据反射镜、接收光学镜头、焦平面阵列探测器间的角度、距离位置确定出接收到反射光的探测单元位置；d、对接收到反射光的探测单元输出的光电信号进行采集处理，获取接收光信号时间信息，根据光速和发射光与接收光飞行时间差得到单点测距结果；e、通过调节镜面角度并采集接收到反射光的探测器单元输出信号可得到多个目标点的测距信息。如图1中的激光路线所示，激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光雷达扫描成像系统，其特征在于：包括，发射模块、接收模块、数据采集模块、主控模块、数据传输模块，所述发射模块包括激光器、反射镜，接收模块包括接收光学镜头和焦平面阵列探测器，所述反射镜可在正交的两个维度上调节角度。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达扫描成像系统，其特征在于：包括，发射模块、接收模块、数据采集模块、主控模块、数据传输模块，所述发射模块包括激光器、反射镜，接收模块包括接收光学镜头和焦平面阵列探测器，所述反射镜可在正交的两个维度上调节角度。2.根据权利要求1所述的激光雷达扫描成像系统，其特征在于：所述发射模块还包括触发电路、光束准直器。3.根据权利要求1所述的激光雷达扫描成像系统，其特征在于：所述数据采集模块包括信号调理模块和模数转化电路。4.根据权利要求1所述的激光雷达扫描成像系统，其特征在于：所述主控模块包括用以为发射模块提供触发信号、对角度可调的反射镜进行驱动和反馈角度采集、对采样模块的输出信号进行测距信息提取的逻辑器件。5.根据权利要求1所述的激光雷达扫描成像系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小可，陈忻，朱俊，
申请(专利权)人：苏州镭图光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32