指数增益调制距离成像器制造技术

指数增益调制距离成像器，它涉及光电成像领域。本发明专利技术解决了现有获取高速运动目标的距离像的装置瞬时功率低、需要长时间曝光导致对高速运动目标距离获取能力低的问题。指数增益调制距离成像器，脉冲激光器输出的光束经第一分光片分成第一反射光和第一透射光，第一反射光入射至光电探测器的感光端，第一透射光经发射光学整形系统、接收光学系统后由第二分光片分成两束并分别入射至第一ＩＣＣＤ成像仪和第二ＩＣＣＤ成像仪的光输入端。高压调制电源的调制信号输出端与第一ＩＣＣＤ成像仪的微通道板连接，高压直流电源的电流信号输出端与第二ＩＣＣＤ成像仪的微通道板连接。本发明专利技术可用于远距离主动遥感技术、目标识别技术、机器人视觉技术等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电成像领域。
技术介绍
目前在光电成像领域的一大难题就是如何获取高速运动目标的距离像。美国桑地亚实验室研制的无扫描距离成像器(SRI)是目前横向分辨率和距离分 辨率最好的距离成像器。它采用对激光器和ICCD进行正弦调制，将回波与 ICCD的增益进行混频获得两者的相位差，从而得到目标的距离信息。但由于 这种办法采用连续波照明，瞬时功率低，需要长时间曝光，这就限制了其对高 速运动目标距离获取的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有获取高速运动目标的距离像的装置瞬时功率低、 需要长时间曝光导致对高速运动目标距离获取能力低的问题，从而提供一种指 数增益调制距离成像器。指数增益调制距离成像器，它由脉冲激光器、第一分光片、发射光学整形 系统、高压直流电源、延时发生器、光电探测器、控制处理器、高压调制电源、 选通电源、第一ICCD成像仪、第二ICCD成像仪、第二分光器和接收光学系 统组成，脉冲激光器输出的光束经第一分光片分成第一反射光和第一透射光， 所述第一反射光入射至光电探测器的感光端，第一透射光入射至发射光学整形 系统的输入端，经发射光学整形系统的发射端发射至接收光学系统的接收端, 接收光学系统的输出端将第一透射光传输到第二分光片上，第二分光片将第一 透射光分成第二透射光和第二反射光，所述第二透射光输入至第一 ICCD成像 仪的光输入端，第二反射光输入至第二ICCD成像仪的光输入端；光电探测器 的电信号输出端与延时发生器的电信号输入端连接，延时发生器的两个延时信 号输出端分别与高压调制电源的延时信号输入端和选通电源的延时信号输入 端连接，所述高压调制电源的调制信号输出端与第一 ICCD成像仪的微通道板4连接，选通电源的两个电流信号输出端分别与第一 ICCD成像仪的栅极和第二 ICCD成像仪的栅极连接，高压直流电源的电流信号输出端与第二 ICCD成像 仪的微通道板连接，第一 ICCD成像仪的图像信息输出端与控制处理器的一个 图像信息输入端连接，第二 ICCD成像仪的图像信息输出端与控制处理器的另 一个图像信息输入连接，控制处理器的调制信号输出端与高压调制电源的控制 信号输入端连接，控制处理器的延迟信号输出端与延时发生器的延迟信号输入 端连接，控制处理器的光脉冲初始时间输出端与脉冲激光器的光发射同步信息 的输入端连接。有益效果本专利技术可在极短的曝光时间内对远距离的高速运动目标一次曝 光获取距离像；并且瞬时功率高，对高速运动目标距离获取能力强。本专利技术获 取运动目标速度可达1000m/s以上，距离可达几公里，并且将曝光时间由ms 级縮短到us级，比现有成像器的曝光时间縮短了数百倍。附图说明图1是本专利技术的结构示意图，图2是具体实施方式六的工作时序图，(其 中曲线按从上至下的顺序依此为激光强度曲线、曝光时间曲线、接收机的增益 曲线)。具体实施例方式具体实施方式一结合图1说明本具体实施方式，指数增益调制距离成像 器，它由脉冲激光器1、第一分光片2、发射光学整形系统3、高压直流电源5、 延时发生器6、光电探测器7、控制处理器8、高压调制电源9、选通电源IO、 第一 ICCD成像仪11、第二 ICCD成像仪4、第二分光器12和接收光学系统 13组成，脉冲激光器1输出的光束经第一分光片2分成第一反射光和第一透 射光，所述第一反射光入射至光电探测器7的感光端，第一透射光入射至发射 光学整形系统3的输入端，经发射光学整形系统3的发射端发射至接收光学系 统13的接收端，接收光学系统13的输出端将第一透射光传输到第二分光片 12上，第二分光片12将第一透射光分成第二透射光和第二反射光，所述第二 透射光输入至第一 ICCD成像仪11的光输入端，第二反射光输入至第二 ICCD5成像仪4的光输入端；光电探测器7的电信号输出端与延时发生器6的电信号 输入端连接，延时发生器6的两个延时信号输出端分别与高压调制电源9的延 时信号输入端和选通电源10的延时信号输入端连接，所述高压调制电源9的 调制信号输出端与第一 ICCD成像仪11的微通道板连接，选通电源10的两个 电流信号输出端分别与第一 ICCD成像仪11的栅极和第二 ICCD成像仪4的 栅极连接，高压直流电源5的电流信号输出端与第二 ICCD成像仪4的微通道 板连接，第一 ICCD成像仪11的图像信息输出端与控制处理器8的一个图像 信息输入端连接，第二 ICCD成像仪4的图像信息输出端与控制处理器8的另 一个图像信息输入连接，控制处理器8的调制信号输出端与高压调制电源9 的控制信号输入端连接，控制处理器8的延迟信号输出端与延时发生器6的延 迟信号输入端连接，控制处理器8的光脉冲初始时间输出端与脉冲激光器1 的光发射同步信息的输入端连接。工作原理本专利技术分为发射和接收两大部分，发射部分主要是大功率、窄 线宽、窄脉宽的脉冲激光器，接收系统主要是双ICCD结构。本专利技术采用大功 率脉冲激光器进行脉冲发射方式，采用指数函数对微通道板进行增益调制。激 光器发射脉冲的同时，触发ICCD的微通道板的增益调制，回波脉冲被接收光 学系统接收，再经第二分光器12分为两束，分别进入两个ICCD成像仪。光 信号到达第一 ICCD成像仪11时对应的增益是脉冲往返时间的指数函数，获 得的图像中包含了两种信息1、回波本身的强度信息。2、由于目标各点距离 不同，导致各点回波到达接收器时所对应的增益不同，最终体现在第一ICCD 成像仪11的CCD上所成像的灰度对比有所变化。光信号到达第二 ICCD2成 像仪4时对应的增益是常数，获得的图像中只包含光强信息通过对两幅图像 处理，可以将距离信息提取出来。在增益固定不变时，对目标再成一帧像。而 这帧像中只含上述的第一种信息。两帧图像作比，即得到了目标的距离像。具体实施方式二本具体实施方式与具体实施方式一所述的指数增益调制 距离成像器的区别在于脉冲激光器1是功率为1KW 100MW、线宽为 0.01nm 10nm、脉宽为lns 1000ns的脉冲激光器。具体实施方式三本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的指数增益调制距离成像器的区别在于，高压直流电源5的电压范围是500V-1100V。具体实施方式四本具体实施方式与具体实施方式三所述的指数增益调制距离成像器的区别在于，控制处理器8采用DSP微处理器。具体实施方式五本具体实施方式与具体实施方式一、二或四所述的指数增益调制距离成像器的区别在于，高压调制电源9的电压范围是500V-1100V。具体实施方式六结合图2说明本具体实施方式，本具体实施方式使用具 体实施方式一所述的成像器再选定如下参数本实施方式的激光器参数脉冲能量lmJ、脉宽10ns、线宽lnm;接收 系统参数延时1000ns、曝光时间250ns、指数调制的时间因子17ns;根据激光雷达公式五一接收光脉冲能量；^一目标反射率；Z一目标到发射机的距离；大 气衰减系数；P(O—激光强度；g(O—接收机的增益； 对目标进行瞬间成像。光信号到达第一 ICCD成像仪11时对应的指数调制增益为& (0 = Gm exp Re ct gj)—指数调制增益；调制初始值；^一任意时刻；^一起始点距离；C —光速脉冲；^一时间常数；r一曝光时间； 在指数调制增益下本文档来自技高网...

【技术保护点】
指数增益调制距离成像器，其特征是：它由脉冲激光器（１）、第一分光片（２）、发射光学整形系统（３）、高压直流电源（５）、延时发生器（６）、光电探测器（７）、控制处理器（８）、高压调制电源（９）、选通电源（１０）、第一ＩＣＣＤ成像仪（１１）、第二ＩＣＣＤ成像仪（４）、第二分光器（１２）和接收光学系统（１３）组成，脉冲激光器（１）输出的光束经第一分光片（２）分成第一反射光和第一透射光，所述第一反射光入射至光电探测器（７）的感光端，第一透射光入射至发射光学整形系统（３）的输入端，经发射光学整形系统（３）的发射端发射至接收光学系统（１３）的接收端，接收光学系统（１３）的输出端将第一透射光传输到第二分光片（１２）上，第二分光片（１２）将第一透射光分成第二透射光和第二反射光，所述第二透射光输入至第一ＩＣＣＤ成像仪（１１）的光输入端，第二反射光输入至第二ＩＣＣＤ成像仪（４）的光输入端；光电探测器（７）的电信号输出端与延时发生器（６）的电信号输入端连接，延时发生器（６）的两个延时信号输出端分别与高压调制电源（９）的延时信号输入端和选通电源（１０）的延时信号输入端连接，所述高压调制电源（９）的调制信号输出端与第一ＩＣＣＤ成像仪（１１）的微通道板连接，选通电源（１０）的两个电流信号输出端分别与第一ＩＣＣＤ成像仪（１１）的栅极和第二ＩＣＣＤ成像仪（４）的栅极连接，高压直流电源（５）的电流信号输出端与第二ＩＣＣＤ成像仪（４）的微通道板连接，第一ＩＣＣＤ成像仪（１１）的图像信息输出端与控制处理器（８）的一个图像信息输入端连接，第二ＩＣＣＤ成像仪（４）的图像信息输出端与控制处理器（８）的另一个图像信息输入连接，控制处理器（８）的调制信号输出端与高压调制电源（９）的控制信号输入端连接，控制处理器（８）的延迟信号输出端与延时发生器（６）的延迟信号输入端连接，控制处理器（８）的光脉冲初始时间输出端与脉冲激光器（１）的光发射同步信息的输入端连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秀冬，靳辰飞，赵远，刘丽萍，张勇，张宇，何姜，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]