一种非扫描激光成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种非扫描激光成像系统，包括：时序控制器、脉冲激光器、分光器、发射光学系统、单点探测器、单路放大器、接收光学系统、面阵探测器、可控放大器、延时器、选通器、加法器、处理器和显示器。其中，可控放大器用于实现对输入信号的向后选通放大，延时器用于实现对输入信号的延时，选通器用于实现对输入信号的向前选通，可控放大器、延时器和选通器共同合作实现了对输入信号的选通延时。此外，还公开一种非扫描激光成像方法。本发明专利技术利用选通延时机制将并行的脉冲电信号转变为不含干扰的串行脉冲电信号，提高了激光成像系统的并行信号处理能力，实现了大像素数量的非扫描激光成像。

A Non-Scanning Laser Imaging System and Method

The invention discloses a non-scanning laser imaging system, which comprises a sequence controller, a pulse laser, a splitter, a transmitting optical system, a single-point detector, a single-channel amplifier, a receiving optical system, a plane array detector, a controllable amplifier, a delayer, a gater, an adder, a processor and a display. Among them, controllable amplifier is used to realize backward gated amplification of input signal, delayer is used to delay input signal, gater is used to realize forward gated input signal, controllable amplifier, delayer and gater work together to achieve gated delay of input signal. In addition, a non-scanning laser imaging method is disclosed. By using the gated delay mechanism, the parallel pulse electric signal is transformed into the serial pulse electric signal without interference, which improves the parallel signal processing ability of the laser imaging system and realizes the non-scanning laser imaging with large number of pixels.

【技术实现步骤摘要】
一种非扫描激光成像系统及方法
本专利技术涉及一种非扫描激光成像系统及方法，具体而言，本专利技术涉及一种基于选通延时机制的非扫描激光成像系统及方法，属于光电成像

技术介绍
激光成像雷达是一种利用激光回波探测目标位置和形状的电子设备，具有极高的空域和时域分辨能力，其既能采集目标的强度图像又能采集目标的距离图像，已经被广泛的应用于目标探测、跟踪和识别等
激光成像雷达一般可以分为扫描成像体制和非扫描成像体制，扫描成像体制具有成像精度高、测量范围远和成像像素数量多等优点，但存在成像帧频低、机构复杂和高速运动下成像畸变大等缺点；非扫描成像体制可以避免以上这些缺点正逐步成为主流成像体制，但却存在成像像素数量少的问题。非扫描激光成像雷达一般采用面光源照明，激光回波信号由一个置于接收光学系统像平面上的二维面阵探测器接收，首先探测器将光信号转换成电信号，然后放大器将电信号放大后，送至后端处理电路进行处理，最终得到目标的强度图像和距离图像。在非扫描激光成像雷达的面阵探测器上，每一个像素点都需要有一个放大器和处理电路与之相对应。因此，在非扫描激光成像雷达中，为了获得大像素成像能力，就需要获得拥有大像素数量的面阵探测器、配套放大器和处理电路。随着半导体器件工艺水平的不断发展，获得拥有大像素数量的面阵探测器和配套放大器逐步成为可能，但是要获得拥有如此大规模并行信号处理能力的处理电路是不现实的。因此，如何获得大规模并行信号处理能力成为激光成像雷达研究领域的研究热点。为了获得大规模并行信号处理能力，一种行之有效的解决方法就是通过延时机制将并行信号转变为串行信号进行处理。在中国专利技术专利CN106154286B中，利用不同长度的电缆将并行的脉冲电信号分别延时不同的时间长度，并利用加法电路将延时后的并行电信号变为串行电信号进行处理，提高了激光成像雷达的并行信号处理能力。然而，上述专利技术专利生成的串行脉冲电信号含有丰富的干扰信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决非扫描激光成像雷达无法获得大规模并行信号处理能力的问题，针对现有技术中的上述不足，本专利技术提出一种创新的基于选通延时机制的非扫描激光成像系统及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一方面，本专利技术提供一种非扫描激光成像系统，包括：时序控制器、脉冲激光器、分光器、发射光学系统、单点探测器、单路放大器、接收光学系统、面阵探测器、处理器和显示器，其特征在于：所述非扫描激光成像系统还包括：可控放大器、延时器、选通器和加法器；所述时序控制器包含一个输入端口和多个输出端口，唯一的输入端口与所述单路放大器相连，一个输出端口与所述脉冲激光器相连，另一个输出端口与所述处理器相连，一组输出端口与所述可控放大器相连，另一组输出端口与所述选通器相连；其中所述面阵探测器、所述可控放大器、所述延时器、所述选通器、所述加法器与所述处理器按照端口一对一连接的方式依次连接；所述可控放大器用于实现对信号的向后选通放大，所述选通器用于实现对信号的向前选通，所述可控放大器和所述选通器两者合作共同实现对信号的选通，所述延时器用于实现对信号的延时，所述可控放大器、所述延时器和所述选通器三者合作共同实现对信号的选通延时，所述加法器用于将选通延时后的并行信号变为互不干扰的串行信号。其中，所述可控放大器、所述延时器和所述选通器的输入端口和输出端口的数量与所述面阵探测器的像素数量相同；所述加法器的输入端口的数量与所述面阵探测器的像素数量相同，但输出端口的数量与所述处理器的输入端口的数量相同，是所述面阵探测器的像素数量的整数分之一。其中，所述可控放大器是由数个小面阵放大器组成的大面阵放大器，将来自于所述面阵探测器的并行电信号同时进行放大，每个小面阵放大器的初始状态为不工作，当接收到来自于所述时序控制器的控制信号后才开始工作，当控制信号结束后随即停止工作，以实现对输入信号的向后选通放大，即只针对某一时刻后的微弱电信号进行放大。其中，所述延时器是由数个小面阵延时器组成的大面阵延时器，将来自于所述可控放大器的并行电信号同时进行延时，且不同的小面阵延时器具有不同的延时时长，其延时时长成整数倍关系，但在每一个小面阵延时器内部每一个通路的延时时长相同。其中，所述选通器是由数个小面阵选通器组成的大面阵选通器，对来自于所述延时器的并行电信号进行选通。即在不同的时刻允许不同的电信号通过，每个小面阵选通器初始状态为允许所有信号通过，当接收到来自于时序控制器的控制信号后通路断开，因为不同的小面阵选通器接收到控制信号的时刻不同，所以不同的小面阵选通器具有不同的断开时刻，断开时刻可以精确控制，以实现对输入信号的向前选通，即只有某一时刻之前的电信号能够通过，且不同的小面阵选通器接收到控制信号的时刻间隔与延时器的延时时长相同。其中，所述加法器将来自于不同选通器的并行电信号相加形成串行电信号。原本同一时刻的多束并行电信号在选通作用(可控放大器和选通器)和延时作用(延时器)下，变成多束交错但互不重叠的并行电信号，这些并行电信号在加法器的作用下形成不含干扰信号的串行电信号，如果加法器前面有N个选通器，那么加法器输入端口的数量是输出端口数量的N倍。另一方面，本专利技术提供一种非扫描激光成像方法，包括步骤：S1：脉冲激光器在接收到来自于时序控制器的控制信号后发射脉冲激光束，脉冲激光束被分光器分为两束，一束经发射光学系统扩束整形后照射至目标，另一束直接照射至单点探测器；S2：脉冲激光束经单点探测器的光电转换和单路放大器的电信号放大后到达时序控制器；S3：时序控制器在接收到该信号后，首先向可控放大器和处理器同时发送控制信号，然后以固定的延时间隔分别向不同的小面阵选通器发送控制信号；S4：经目标反射的激光回波信号被接收光学系统接收后成像于面阵探测器上，面阵探测器通过光电转换将光信号转变为一系列并行的电信号；S5：这些并行的电信号经过可控放大器的向后选通放大、延时器的延时、选通器的向前选通和加法器的合束后变成一系列不含干扰的串行电信号；S6：串行电信号经处理器的处理后，可以得到所有像素点的强度信息和距离信息，最终这些信息被显示在显示器上。本专利技术通过选通延时机制将并行电信号转变为串行电信号进行处理，提高了激光成像雷达的并行信号处理能力。与基于条纹管探测机理的中国专利技术专利CN106154286B不同，本专利技术是一种基于面阵探测器探测机理的结构，引入可控放大器和选通器，包含延时和选通两个过程，从而可以生成不含干扰的串行脉冲电信号。因此，本专利技术利用选通延时机制将并行的脉冲电信号转变为不含干扰的串行脉冲电信号，提高了激光成像雷达的并行信号处理能力，实现了大像素数量的非扫描激光成像。附图说明在下文中将参照附图更完全地描述本专利技术的一些示例实施例；然而，本专利技术可以以不同的形式体现，不应当被认为限于本文所提出的实施例。相反，附图与说明书一起例示本专利技术的一些示例实施例，并用于解释本专利技术的原理和方面。在图中，为了例示清楚，尺寸可能被夸大。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。图1为根据本专利技术优选实施例的一种基于选通延时机制的非扫描激光成像系统的结构示意图；其中：1-时序控制器，2-脉冲激光器，3-分光器，4-发射光学系统，5-单点探测器，6-单路放大器，7-接收光学系统，8-面阵探测器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非扫描激光成像系统，包括：时序控制器(1)、脉冲激光器(2)、分光器(3)、发射光学系统(4)、单点探测器(5)、单路放大器(6)、接收光学系统(7)、面阵探测器(8)、处理器(13)和显示器(14)，其特征在于：所述非扫描激光成像系统还包括：可控放大器(9)、延时器(10)、选通器(11)和加法器(12)；其中所述时序控制器(1)包含一个输入端口和多个输出端口，唯一的输入端口与所述单路放大器(6)相连，一个输出端口与所述脉冲激光器(2)相连，另一个输出端口与所述处理器(13)相连，一组输出端口与所述可控放大器(9)相连，另一组输出端口与所述选通器(11)相连；其中所述面阵探测器(8)、所述可控放大器(9)、所述延时器(10)、所述选通器(11)、所述加法器(12)与所述处理器(13)按照端口一对一连接的方式依次连接；所述可控放大器(9)用于实现对信号的向后选通放大，所述选通器(11)用于实现对信号的向前选通，所述可控放大器(9)和所述选通器(11)两者合作共同实现对信号的选通，所述延时器(10)用于实现对信号的延时，所述可控放大器(9)、所述延时器(10)和所述选通器(11)三者合作共同实现对信号的选通延时，所述加法器(12)用于将选通延时后的并行信号变为互不干扰的串行信号。...

【技术特征摘要】
1.一种非扫描激光成像系统，包括：时序控制器(1)、脉冲激光器(2)、分光器(3)、发射光学系统(4)、单点探测器(5)、单路放大器(6)、接收光学系统(7)、面阵探测器(8)、处理器(13)和显示器(14)，其特征在于：所述非扫描激光成像系统还包括：可控放大器(9)、延时器(10)、选通器(11)和加法器(12)；其中所述时序控制器(1)包含一个输入端口和多个输出端口，唯一的输入端口与所述单路放大器(6)相连，一个输出端口与所述脉冲激光器(2)相连，另一个输出端口与所述处理器(13)相连，一组输出端口与所述可控放大器(9)相连，另一组输出端口与所述选通器(11)相连；其中所述面阵探测器(8)、所述可控放大器(9)、所述延时器(10)、所述选通器(11)、所述加法器(12)与所述处理器(13)按照端口一对一连接的方式依次连接；所述可控放大器(9)用于实现对信号的向后选通放大，所述选通器(11)用于实现对信号的向前选通，所述可控放大器(9)和所述选通器(11)两者合作共同实现对信号的选通，所述延时器(10)用于实现对信号的延时，所述可控放大器(9)、所述延时器(10)和所述选通器(11)三者合作共同实现对信号的选通延时，所述加法器(12)用于将选通延时后的并行信号变为互不干扰的串行信号。2.根据权利要求1所述的非扫描激光成像系统，其特征在于：所述可控放大器(9)、所述延时器(10)和所述选通器(11)的输入端口和输出端口的数量与所述面阵探测器(8)的像素数量相同；所述加法器(12)的输入端口的数量与所述面阵探测器(8)的像素数量相同，但输出端口的数量与所述处理器的输入端口的数量相同，是所述面阵探测器(8)的像素数量的整数分之一。3.根据权利要求1所述的非扫描激光成像系统，其特征在于：所述可控放大器(9)是由数个小面阵放大器组成的大面阵放大器，将来自于所述面阵探测器(8)的并行电信号同时进行放大，每个小面阵放大器的初始状态为不工作，当接收到来自于所述时序控制器(1)的控制信号后才开始工作，当控制信号结束后随即停止工作，以实现对输入信号的向后选通放大。4.根据权利要求1所述的非扫描激光成像系统，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴庆会，
申请(专利权)人：裴庆会，
类型：发明
国别省市：广东,44