采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光电探测系统及方法，具体涉及一种采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统及方法，解决现有激光近场分布测量中，采用科学级CCD进行测量时存在成本高的问题，以及采用sCMOS传感器进行测量时，难以实现待测激光短脉冲全曝光的问题。本发明专利技术采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统，包括探测组件与上位机；探测组件包括缩束单元与探测器；探测器包括光学镜头、sCMOS传感器与嵌入式控制器；嵌入式控制器用于驱动sCMOS传感器，并将sCMOS传感器输出的图像数据的进行解析、将解析后的图像数据进行合成，生成高动态范围的图像数据；上位机通过嵌入式控制器查询和设置sCMOS传感器的工作参数，并接收通过嵌入式控制器输出的图像数据。嵌入式控制器输出的图像数据。嵌入式控制器输出的图像数据。

【技术实现步骤摘要】
采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种光电探测系统及方法，具体涉及一种采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统及方法。

技术介绍

[0002]对激光近场分布测量时，要求探测器的线性度好，光学动态范围大。行业内通常采用科学级CCD传感器进行测量，而科学级CCD传感器价格昂贵，因而需要寻找一种更为经济的sCMOS传感器进行替代。sCMOS传感器具有噪声小，灵敏度高，动态范围大的特点，并且具有价格优势。但是sCMOS传感器通常采用卷帘快门方式进行逐行复位、逐行曝光、逐行读出，该三个阶段交错工作。以上工作特点使其不能直接应用于激光近场分布测量中，原因如下：
[0003]现有激光近场分布测量中，由于激光的持续时间仅为几个ns，或者几十个ns的脉冲光。对于一个图像分辨率为M*N大小的sCMOS传感器而言，假设每一行的读出时间为line_time,一般为us级，要实现图像所有的行都完成曝光，则至少需要N*line_time。因而整个曝光时间远大于激光的短脉冲时间，使得图像的有些行曝光完成，有些行曝光没有完成，造成测试数据不全或图像失真的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有激光近场分布测量中，采用科学级CCD进行测量时存在成本高的问题，以及采用sCMOS传感器进行测量时，难以实现待测激光短脉冲全曝光的问题，而提供一种采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统及方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统，其特殊之处在于：包括探测组件与上位机；
[0007]探测组件包括缩束单元及通过探测通道与缩束单元连接的探测器；探测器用于实现对激光近场分布图像数据的采集；
[0008]探测器包括光学镜头、设置在光学镜头焦面上的sCMOS传感器以及与sCMOS传感器通信连接的嵌入式控制器；
[0009]缩束单元设置于待测激光光源的输出光路上；
[0010]光学镜头位于缩束单元的共轭像面处，用于实现对激光近场分布图像数据的采集；
[0011]sCMOS传感器用于对光学镜头调焦后的图像进行采集，sCMOS传感器设置为长曝光工作模式；所述嵌入式控制器用于驱动sCMOS传感器，并将sCMOS传感器输出的图像数据的进行解析、将解析后的图像数据进行合成，生成高动态范围的图像数据；
[0012]上位机分别与待测激光光源和嵌入式控制器通信连接；上位机用于控制待测激光光源产生待测激光，通过嵌入式控制器查询和设置sCMOS传感器的工作参数，并接收通过嵌入式控制器输出的图像数据。
[0013]进一步地，所述探测器还包括外壳、以及设置于外壳内部的硬件单元；
[0014]光学镜头设置于外壳上，sCMOS传感器及嵌入式控制器设置在外壳内部，且sCMOS传感器位于靠近光学镜头一侧；
[0015]缩束单元位于待测激光光源与光学镜头之间；光学镜头位于缩束单元与sCMOS传感器之间；
[0016]硬件单元分别与sCMOS传感器、嵌入式控制器连接；硬件单元用于对sCMOS传感器、嵌入式控制器供电，并提供时钟信号和复位信号。
[0017]进一步地，所述嵌入式控制器包括sCMOS驱动模块、第一数据解析模块、第二数据解析模块、HDR合成模块、参数配置模块、DDR3控制模块以及网络模块；
[0018]sCMOS驱动模块与参数配置模块通信连接；sCMOS驱动模块的输入端通过外触发接口与上位机的外触发信号端连接；sCMOS驱动模块的输出端通过SPI接口与sCMOS传感器通信连接，用于对sCMOS传感器内部寄存器进行配置及查询，进而调整sCMOS传感器的工作参数，使sCMOS传感器工作在长曝光工作模式下；sCMOS驱动模块的地址接口、驱动接口均与sCMOS传感器的输入端连接，用于指定sCMOS传感器行的输出位置和给sCMOS传感器提供驱动信号；
[0019]第一数据解析模块的输入端、第二数据解析模块的输入端分别通过第一LVDS接口、第二LVDS接口与sCMOS传感器的输出端连接；第一数据解析模块和第二数据解析模块分别用于实现对高增益通道的LVDS数据和低增益通道的LVDS数据的解串，位对齐，字节对齐，通道对齐以及数据重组，最终得到按行输出的图像数据；
[0020]第一数据解析模块的输出端、第二数据解析模块的输出端均与HDR合成模块的输入端连接；HDR合成模块用于对高增益通道LVDS数据和低增益通道LVDS数据的合成，最终生成高动态范围的图像数据；
[0021]HDR合成模块的输出端连接参数配置模块；参数配置模块用于对sCMOS传感器工作模式(即长曝光工作模式)的切换，sCMOS传感器曝光时间、增益、偏置的调整，并实现对sCMOS传感器单行读出时间的查询功能；
[0022]参数配置模块分别与DDR3控制模块、网络模块通信连接；DDR3控制模块用于实现对图像数据存储和上传的时序控制；
[0023]网络模块通过电或光纤与上位机通信连接；网络模块用于对上位机(4)发出的指令进行接收和解析，以及图像数据的分包和解包，UDP协议的实现，提供图像数据上传的数据通道。
[0024]进一步地，所述缩束单元包括汇聚物镜与准直物镜；
[0025]光学镜头位于准直物镜的共轭像面处。
[0026]进一步地，所述上位机通过电连接待测激光光源的输入端，或通过光纤连接待测激光光源的输入端；
[0027]上位机与sCMOS驱动模块通过电连接或光纤连接。
[0028]同时，本专利技术还提供了一种采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的方法，基于上述采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0029]S1、建立上位机与待测激光光源的通信连接，并设置待测激光光源为待发射状态；
[0030]S2、建立上位机与探测器的通信连接，并利用上位机将探测器设置为外触发模式，使探测器在外触发模式下等待外触发信号；
[0031]S3、利用上位机查询探测器的单行读出时间，设置探测器的曝光时间，并根据待测激光的脉冲宽度和曝光时间，确定探测器的全曝光时间区间，再根据曝光时间和全曝光时间区间，确定待测激光光源打开的预设时间；
[0032]S4、上位机发出外触发信号，探测器在接收到外触发信号之后，开始逐行曝光操作；
[0033]S5、上位机在预设时间打开待测激光光源，待测激光光源发射待测激光，使待测激光经过缩束单元取样、缩束、衰减后，到达探测器，探测器感光后，生成图像数据，并将图像数据传输至上位机；
[0034]S6、上位机接收到步骤S5中所得的图像数据后，进行存储、分析和显示。
[0035]进一步地，步骤S2具体为：
[0036]2.1)建立上位机与探测器的通信连接，并利用上位机对网络模块发出外触发工作模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统，其特征在于：包括探测组件与上位机(4)；所述探测组件包括缩束单元(2)及通过探测通道与缩束单元(2)连接的探测器(3)；探测器(3)用于实现对激光近场分布图像数据的采集；所述探测器(3)包括光学镜头(31)、设置在光学镜头(31)焦面上的sCMOS传感器(32)以及与sCMOS传感器(32)通信连接的嵌入式控制器(35)；所述缩束单元(2)设置于待测激光光源(1)的输出光路上，用于对待测激光光源(1)的取样、缩束及衰减；所述光学镜头(31)位于缩束单元(2)的共轭像面处；所述sCMOS传感器(32)用于对光学镜头(31)调焦后的图像进行采集，sCMOS传感器(32)设置为长曝光工作模式；所述嵌入式控制器(35)用于驱动sCMOS传感器(32)，并将sCMOS传感器(32)输出的图像数据的进行解析、将解析后的图像数据进行合成，生成高动态范围的图像数据；所述上位机(4)分别与待测激光光源(1)和嵌入式控制器(35)通信连接；上位机(4)用于控制待测激光光源(1)产生待测激光，通过嵌入式控制器(35)查询和设置sCMOS传感器(32)的工作参数，并接收通过嵌入式控制器(35)输出的图像数据。2.根据权利要求1所述的采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统，其特征在于：所述探测器(3)还包括外壳(33)、以及设置于外壳(33)内部的硬件单元(34)；所述光学镜头(31)设置于外壳(33)上，sCMOS传感器(32)及嵌入式控制器(35)设置在外壳(33)内部，且sCMOS传感器(32)位于靠近光学镜头(31)一侧；所述缩束单元(2)位于待测激光光源(1)与光学镜头(31)之间；光学镜头(31)位于缩束单元(2)与sCMOS传感器(32)之间；所述硬件单元(34)分别与sCMOS传感器(32)、嵌入式控制器(35)连接；硬件单元(34)用于对sCMOS传感器(32)、嵌入式控制器(35)供电，并提供时钟信号和复位信号。3.根据权利要求2所述的采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统，其特征在于：所述嵌入式控制器(35)包括sCMOS驱动模块、第一数据解析模块、第二数据解析模块、HDR合成模块、参数配置模块、DDR3控制模块以及网络模块；所述sCMOS驱动模块与参数配置模块通信连接；sCMOS驱动模块的输入端通过外触发接口与上位机(4)的外触发信号端连接；sCMOS驱动模块的输出端通过SPI接口与sCMOS传感器(32)通信连接，用于对sCMOS传感器(32)内部寄存器进行配置及查询，进而调整sCMOS传感器(32)的工作参数，使sCMOS传感器(32)工作在长曝光工作模式下；sCMOS驱动模块的地址接口、驱动接口均与sCMOS传感器(32)的输入端连接，用于指定sCMOS传感器(32)行的输出位置和给sCMOS传感器(32)提供驱动信号；所述第一数据解析模块的输入端、第二数据解析模块的输入端分别通过第一LVDS接口、第二LVDS接口与sCMOS传感器(32)的输出端连接；第一数据解析模块和第二数据解析模块分别用于实现对高增益通道的LVDS数据和低增益通道的LVDS数据的解串，位对齐，字节对齐，通道对齐以及数据重组，最终得到按行输出的图像数据；第一数据解析模块的输出端、第二数据解析模块的输出端均与HDR合成模块的输入端连接；HDR合成模块用于对高增益通道LVDS数据和低增益通道LVDS数据的合成，最终生成高
动态范围的图像数据；所述HDR合成模块的输出端连接参数配置模块；参数配置模块用于对sCMOS传感器(32)工作模式(即长曝光工作模式)的切换，sCMOS传感器(32)曝光时间、增益、偏置的调整，并实现对sCMOS传感器(32)单行读出时间的查询功能；所述参数配置模块分别与DDR3控制模块、网络模块通信连接；DDR3控制模块用于实现对图像数据存储和上传的时序控制；所述网络模块通过电或光纤与上位机(4)通信连接；网络模块用于对上位机(4)发出的指令进行接收和解析，以及图像数据的分包和解包，UDP协议的实现，提供图像数据上传的数据通道。4.根据权利要求3所述的采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统，其特征在于：所述缩束单元(2)包括汇聚物镜(21)与准直物镜(22)；所述光学镜头(31)位于准直物镜(22)的共轭像面处。5.根据权利要求4所述的采用卷帘快门sCMOS传感器测量激光近场分布的系统，其特征在于：所述上位机(4)通过电连接待测激光光源(1)的输入端，或通过光纤连接待测激光光源(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘青，寇经纬，张伟刚，达争尚，陈永权，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：