【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种降低背景噪声的单光子门控阵列系统，属于激光雷达领域。
技术介绍
1、激光雷达自出现以来，以其探测速度快、探测精度高、抗干扰性能好等优势，在各个领域得到广泛应用，如三维光学成像、工业控制、地形测绘等。距离选通成像是一种新型的，发展迅速的激光雷达成像方法。通过门控系统控制探测器对信号光的采集，实现对目标距离处的物体依次成像，得到一组包含若干二维切片的图像，对二维目标切片依次成像，最终合成一个完整的三维目标图，这种成像方式可以一定程度上有效减少后向散射噪声带来的不利影响，从而提高信噪比，优化目标轮廓信息。
2、在实际的应用中，降低背景噪声的干扰对于激光三维成像具有重要意义。背景噪声包含后向散射噪声，环境光噪声和暗计数。传统去除背景噪声的方法是首先关闭激光器，只用环境光进行成像，此时探测器探测到的光子只包含后向散射信号、背景光信号和暗计数信号，利用采集到的信号对噪声水平做阈值标定，而后打开激光器再次进行数据采集，此时探测器探测到的信号除上述背景噪声外还包含回波脉冲信号，两者相减分离出回波脉冲信号，然而此方法对于环境光变化的场景显然不适用(例如当自然光作为成像过程中的环境光时其会因云层分布变化而变化)。新型的去背景噪声方法包括互相关算法、均值滤波法，这些算法只能较小程度地减少噪声干扰，并不适用于低功率光源探测或高噪声水平的场景，因为信号光很容易淹没在背景噪声中而无法区分，而且不能从背景噪声分布的角度上解决问题；hua等人提出了一种首光子组方法(fspu),假定噪声信号分布均匀，而脉冲回波信号的分布在测量时间内相对
技术实现思路
1、本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供了一种降低背景噪声的单光子门控阵列系统，提高单光子探测器阵列在背景噪声波动大(环境光变化大)的场景下的测距精度和成像质量，同时减少后续信号处理的难度，提高成像速率。
2、本技术解决技术问题采用了下述技术方案：
3、一种降低背景噪声的单光子门控阵列系统，包括：激光器，准直器，毛玻璃，透镜，倍频器，spad阵列，物镜，滤波器，计算机，所述激光器的激光输出端与准直器尾纤相连，所述准直器、毛玻璃与透镜中心同轴设置，所述物镜、滤波器与spad阵列中心位置同轴设置，所述激光器的同步信号输出端与倍频器输入端相连，所述倍频器输出端与spad阵列输入端相连，所述spad阵列与计算机相连。
4、所述激光器采用脉冲激光器，其中心波长为532nm，重复频率为30mhz±0.5mhz，脉宽为7.170ps，输出功率稳定性rms<0.5％。
5、所述滤波器中心波长为532nm，带宽为10nm。
6、所述spad阵列采用硅基单光子雪崩二极管探测器阵列，其像元个数为512×512，像元活性区直径为16.4um，探测器尺寸为9.6mm×9.5mm，可探测的波段为400nm-900nm，激光时钟输入范围为10mhz-80mhz，暗计数为25cps。
7、所述倍频器输入频率范围5mhz-500mhz，输出频率范围10mhz-1000mhz，输入功率范围-5dbm-10dbm。
8、有益效果
9、(1)使用532nm单波长的脉冲激光器，能被硅基spad阵列良好响应。在探测器前放置中心波长为532nm窄带滤光片可以有效降低环境中其他波段的光的影响，提高成像质量。
10、(2)在光纤准直器同轴位置放置毛玻璃及透镜，实现对目标位置处的激光光束均匀照明，提高光斑能量利用率，有效提升泛光照明效果，从而提高探测效率。
11、(3)利用倍频器对激光器输出的同步信号进行二倍频，触发spad阵列的门控系统，使得门控阵列既能在探测脉冲光与环境光相叠加的信号又能探测到仅含有环境光的信号，且检测这两种信号的时间间隔极其短，将这两种信号光通过运算能有效过滤环境光信号，得到仅包含物体回波脉冲光的信号，从而提高测距精度及成像质量，优化目标轮廓信息。
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1.一种降低背景噪声的单光子门控阵列系统，包括：激光器，准直器，毛玻璃，透镜，倍频器，SPAD阵列，滤波器，物镜，所述激光器的激光输出端与准直器尾纤相连，所述准直器、毛玻璃与透镜中心同轴设置，所述物镜、滤波器与SPAD阵列中心位置同轴设置，所述SPAD阵列与计算机相连,其特征在于，所述激光器的同步信号输出端与倍频器输入端相连，所述倍频器输出端与SPAD阵列输入端相连。
2.根据权利要求1所述降低背景噪声的单光子门控阵列系统，其特征在于，所述倍频器输入频率范围5MHz-500MHz，输出频率范围10MHz-1000MHz，输入功率范围-5dBm-10dBm。
3.根据权利要求1所述降低背景噪声的单光子门控阵列系统，其特征在于，所述激光器为脉冲激光器，其中心波长为532nm，重复频率为30MHz±0.5MHz，脉宽为7.170ps，输出功率稳定性RMS<0.5％。
4.根据权利要求1所述降低背景噪声的单光子门控阵列系统，其特征在于，所述滤波器中心波长为532nm，带宽为10nm。
5.根据权利要求1所述降低背景噪声的单光子门控阵列
...【技术特征摘要】
1.一种降低背景噪声的单光子门控阵列系统，包括：激光器，准直器，毛玻璃，透镜，倍频器，spad阵列，滤波器，物镜，所述激光器的激光输出端与准直器尾纤相连，所述准直器、毛玻璃与透镜中心同轴设置，所述物镜、滤波器与spad阵列中心位置同轴设置，所述spad阵列与计算机相连,其特征在于，所述激光器的同步信号输出端与倍频器输入端相连，所述倍频器输出端与spad阵列输入端相连。
2.根据权利要求1所述降低背景噪声的单光子门控阵列系统，其特征在于，所述倍频器输入频率范围5mhz-500mhz，输出频率范围10mhz-1000mhz，输入功率范围-5dbm-10dbm。
3.根据权利要求1所述降低背景噪声的单光子...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐睿，孙佳烽，叶海东，石岩，陈亮，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：
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