【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学、激光雷达和图像处理技术,特别是一种。
技术介绍
距离图采用三维影像模式描述感兴趣区域,数据立方中包含了目标的几何不变特性,可以避免二维图像中的扭曲和混淆,广泛应用于工业模具设计、军事目标自动识别等领域。目前已知有若干技术途径可以用于获取距离图像。其中,光子计数三维激光成像雷达采用具有单光子灵敏度、工作于盖革模式下的雪崩二极管作为激光回波信号光子探测器,以光子飞行模式实现高时间分辨率测量。对目标进行多脉冲重复测量,再利用统计原理、光子计数技术得到目标单一像素的距离信息,通过扫描整个视场,得到目标的完整三维距离信息。光子计数三维激光成像雷达的测量精度是最为重要的参数。精度定义为测量结果与实际距离间的差异,是探测器响应特性的随工作时间、工作状态和外部输入条件等因素改变而产生测量漂移,也称之为距离行走误差,以光子飞行时间测量误差或测量长度误差单位表示。为了克服距离行走误差,已有两种技术途径。(I)假定造成距离行走误差的原因是GmAro输出电流脉冲上升速率因激光脉冲回波光子数多寡存在差异,提出一种采用多级阈值比较电路的校正方法[G.Kirchner,F. Koidl, et al,Proc. SPIE. 3218,106-112(1997).]。(2)认为造成距离行走误差是激光脉冲回波光子数差异造成的GmAPD探测概率变化,进而提出了基于GmAro探测概率模型的查表式校正方法[Min Seok Oh,Hong Jin Kong, Tae HoonKim, Keun Ho Hong, Byung Wook Kim, Opt. Commun. 28 ...
【技术保护点】
一种光子计数三维成像激光雷达距离行走误差校正系统,其特征在于包括光学系统、单光子探测器、脉冲激光光源、时间相关单光子计数模块和数据处理系统控制模块,光学系统由望远镜镜头(1)、透镜(2)、Y轴扫描转镜(3)、X轴扫描转镜(4)、准直透镜组(5)、四分之一波片(6)、第二半波片(7)、分光棱镜(8)、第一半波片(9)、滤波片(10)、光纤耦合器(11)组成,脉冲激光光源同时发出同步起始信号和脉冲周期激光,同步起始信号输入数据处理系统控制模块,脉冲周期激光依次经过第一半波片(9)、分光棱镜(8)部分反射后在经过第二半波片(7)、四分之一波片(6)、Y轴扫描转镜(3)、准直透镜组(5)、X轴扫描转镜(4)、透镜(2)和望远镜镜头(1),出射到目标,经过目标漫反射被望远镜镜头(1)接收,依次经过透镜(2)、X轴扫描转镜(4)、准直透镜组(5)、Y轴扫描转镜(3)、四分之一波片(6)、第二半波片(7),在分光棱镜(8)处部分透射,经过滤波片(10),达光纤耦合器(11),形成回波信号,被单光子探测器所探测接收,经过时间相关单光子计数模块产生截止信号输入数据处理系统控制模块;脉冲激光光源发出周期脉 ...
【技术特征摘要】
1.一种光子计数三维成像激光雷达距离行走误差校正系统,其特征在于包括光学系统、单光子探测器、脉冲激光光源、时间相关单光子计数模块和数据处理系统控制模块,光学系统由望远镜镜头(I)、透镜(2)、Y轴扫描转镜(3)、Χ轴扫描转镜(4)、准直透镜组(5)、四分之一波片¢)、第二半波片(7)、分光棱镜(8)、第一半波片(9)、滤波片(10)、光纤耦合器(11)组成,脉冲激光光源同时发出同步起始信号和脉冲周期激光,同步起始信号输入数据处理系统控制模块,脉冲周期激光依次经过第一半波片(9)、分光棱镜(8)部分反射后在经过第二半波片(7)、四分之一波片(6)、Y轴扫描转镜(3)、准直透镜组(5)、X轴扫描转镜(4)、透镜(2)和望远镜镜头(I),出射到目标,经过目标漫反射被望远镜镜头(I)接收,依次经过透镜(2)、X轴扫描转镜(4)、准直透镜组(5)、Y轴扫描转镜(3)、四分之一波片¢)、第二半波片(7),在分光棱镜(8)处部分透射,经过滤波片(10),达光纤耦合器(11),形成回波信号,被单光子探测器所探测接收,经过时间相关单光子计数模块产生截止信号输入数据处理系统控制模块; 脉冲激光光源发出周期脉冲激光,同时给予数据处理系统控制模块同步起始信号,经过光学系统后,激光反射信号到达单光子探测器,激励探测器形成响应脉冲,被时间相关单光子计数模块和数据处理系统控制模块接收,结合同步起始信号,即截止信号与同步起始信号的时间差,该时间差乘以光速,形成目标距离信息;通过固定X、Y轴扫描转镜,在数据处理系统控制模块实现单像素的先验标定;通过对X、Y轴扫描转镜的控制,控制出射激光到达目标的不同位置,从而达到对整个视场,即目标的整个平面进行二维扫描,得到每个像素的距离信息及误差信息,合成三维距离图像,对该三维距离图像在数据处理系统控制模块进行实时校正。2.根据权利要求1所述的光子计数三维成像激光雷达距离行走误差校正系统,其特征 在于单像素数据处理系统控制模块的先验标定过程为 (1)事先准备高反射率平板一块作为目标,放置于光子计数三维成像激光雷达的望远镜镜头(I)正前方固定距离处; (2)使得光子计数三维成像激光雷达的X轴扫描转镜(4)、Y轴扫描转镜(3)处于静止状态,设定脉冲激光光源输出脉冲能量为最大,激光脉冲能量记为Etl ; (3)使得脉冲激光光源处于周期工作状态,连续输出激光脉冲,激光脉冲重复次数均设定为Ntotal ;同时,采用时间相关单光子计数模块分别记录每个激光脉冲中光子飞行时间,记为 ttof (0,j) (I ^ j ^ Ntotal); (4)计算激光脉冲能量Etl对应的激光脉冲响应率为R(0)=Npusle(O)/Nttrtal,其中,表示Npusle (O)在测量持续时间内,探测器响应的脉冲总数;Ntotal表示在在测量持续时间内,激光脉冲的总数; (5)计算激光脉冲能量Etl对应的光子飞行时间测量均值3.根据权利要求1所述的光子计数三维成像激光雷达距离行走误差校正系统,其特征在于三维图像数据处理系统控制模块的实时校正过程为 1)通过对X、Y轴扫描转镜的控制,控制出射激光到达目标的不同位置,达到对目标不同像素点的探测,统计像素位置为(i,j)的光子飞行时间测量值,根据脉冲个数,得到该位置对应的光子飞行时间测量均值; 2)统计像素位置为(i,j)的光子脉冲响应率,得到该位置对应的激光脉冲响应率R(i,j),即 RU,j) = Npulse (i, j)/Ntotal...
【专利技术属性】
技术研发人员:何伟基,陈钱,顾国华,司马博羽,陈云飞,张闻文,钱惟贤,隋修宝,于雪莲,路东明,
申请(专利权)人:南京理工大学,
类型:发明
国别省市:
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