一种基于激光扫描的探测成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光扫描的探测成像系统，该成像系统以激光为光源，通过对物体的散射光的进行进行采集成像，包括激光扫描器、激光扫描探测器、低噪声前置放大器、信号调理电路、A/D转换模块、数字信号处理模块、采样控制模块、电机、图像采集卡和上位机。本发明专利技术提供的基于激光扫描的激光探测成像系统，解决了工业扫描系统中日光灯光源稳定性差，CCD相机接收信号动态范围窄、不能够高精度检测的不足，以及PIN管及APD管本身噪声过大，不适合在噪声大的工业场合中使用的不足。本发明专利技术使用激光扫描器对物体进行逐点扫描，稳定性高，利用激光扫描探测器接收信号动态范围宽，能够进行高精度检测，物体的成像精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于激光扫描的探测成像系统，应用于工业扫描成像系统对被扫描物体的分析与判断。
技术介绍
一般工业扫描系统，使用的光源为日光灯，使用的信号接收装置为CXD(Charge-coupled Device,电荷稱合元件)相机。由于日光灯长时间使用不能处于一个稳定的状态，并且随着使用时间的延长变得愈发不稳定，因此该类的工艺扫描系统随着使用时间的延长误差就会越来越大，而激光能够在长时间使用时始终保持一个稳定的状态；由于CCD相机的动态范围不是足够宽，在精确检测物质上不如光电倍增管(PMT)好；探测器可用PIN管或APD管，但在工业应用中，环境噪声过大，对物体的检测需要不同的光谱，PIN管和APD管接收光谱范围较窄，且本身噪声过大，PMT在高精度检测中，具有较高的优势。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于激光扫描的探测成像系统，对物体的每个点进行扫描，可通过A/D采样信号的控制决定对物体取样的密度，进而可以有很高的分辨率，可以完成更清晰的图像，以便对物体进行分析和判断。技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:一种基于激光扫描的探测成像系统，该成像系统以激光为光源，通过对物体的散射光的进行进行采集成像，包括激光扫描器、激光扫描探测器、低噪声前置放大器、信号调理电路、A/D转换模块、数字信号处理模块、采样控制模块、电机、图像采集卡和上位机:所述电机，用于带动棱镜转动；所述激光扫描器作为光源，将激光通过包括棱镜在内的光学组件打到物体上，对物体进行扫描；所述激光扫描探测器，用于接收物体的散射光，并将接收到的散射光信号转换为电信号后输出；所述低噪声前置放大器，将激光扫描探测器输出的电信号进行高增益、高带宽、低误差、低噪声的稳定放大后输出；所述信号调理电路，将低噪声前置放大器输出的电信号进行调理并滤噪后输出，主体为积分电路和相加器； 所述A/D转换模块，将信号调理电路输出的电信号转换为适合ADC处理的电气特性信号后输出，即完成对A/D信号的驱动，将模拟信号转换为数字信号；所述数字信号处理模块，将A/D转换模块输出的电气特性信号处理成适合的数据流后输出；所述采样控制模块，用于控制扫描频率；所述图像采集卡，将数字信号处理模块输出的数据流进行图像转换处理后输出；所述上位机，用于完成图像显示控制和数据处理。优选的，所述激光扫描器为连续型激光器，光谱为可见光和红外光。优选的，所述激光扫描器为三个以上，为红色激光扫描器、蓝色激光扫描器、红外激光扫描器或绿色激光扫描器中的三种或四种组合。优选的，所述激光扫描探测器为光电倍增管，接收光谱范围为可见光和红外线，激光扫描探测器的个数与激光扫描器的个数相匹配并一一对应。优选的，所述低噪声前置放大器包括运算放大器Al、运算放大器A2、电阻R、电阻R1、电阻R2和电容C ;所述运算放大器Al、电阻R和电容C构成第一级放大器，作为电流电压转换电路(将电流信号转化为电压信号)，所述电阻R和电容C均跨接在运算放大器Al的反相输入端和输出端之间，运算放大器Al的反相输入端与相应的激光扫描探测器输出信号端相连接；所述运算放大器A2、电阻Rl和电阻R2构成第二级放大器，运算放大器Al的输出端以直接耦合或者阻容耦合方式接入运算放大器A2的同相输入端，电阻R2跨接在运算放大器A2的反相输入端和输出端之间，电阻Rl —端与电阻R2共同接入运算放大器A2的反相输入端，另一端与零参考点相接。这里低噪声前置放大器的个数与激光扫描探测器的个数相匹配并一一对应。优选的，所述信号调理电路包括运算放大器A3、电阻R3、电容Cl、模拟开关SWl和模拟开关SW2 ;所述运算放大器A3、电阻R3和电容Cl构成积分电路(对电压信号进行积分米样，完成在一段时间内物体的总体特征)，电阻R3 —端与相应的低噪声前置放大器的输出端相连、另一端与模拟开关SWl相连，电容Cl跨接在运算放大器A3的反相输入端与输出端之间；所述模拟开关SWl和模拟开关SW2由互相反向的时钟控制，模拟开关SWl —端与电阻R3相连、另一端与运算放大器A3的反相输入端相连，模拟开关SW2跨接在运算放大器A3的反相输入端和输出端之间。这里积分电路的个数与低噪声前置放大器的个数相匹配并一一对应，若存在两个以上的积分电路，则需要将几路信号通过加法器相加合成一路后接入A/D转换模块(将多路积分信号通过加法器进行组合，能够精确反应物体的信号特征)。 优选的，所述A/D转换模块包括ADC芯片，所述ADC芯片具备两个数据采集控制信号端，其中一个数据采集控制信号端作为模拟信号采集端，另一个数据采集控制信号端作为模拟信号转换成数字信号的时序控制端。优选的，所述采样控制模块包括电机编码器、锁相环单元和FPGA模块；所述电机编码器对电机的位置和速度进行监测，电机编码器的输出端与锁相环单元的输入端相连；所述锁相环单元的输出端与A/D转换模块的模拟信号采集端相连，对编码器进行倍频、控制扫描频率；所述FPGA模块的输出端与A/D转换模块的时序控制端相连。这里还能够设计FPGA模块同时对信号调理电路进行处理。优选的，所述图像采集卡与FPGA模块以Cameralink接口协议进行传输。优选的，所述电机为直流伺服无刷电机，电机通过电机驱动器驱动、通过电机速度控制器调速。这里还能够设计FPGA模块同时对信号调理电路进行处理。这里电机速度控制器还能够设计通过FPGA模块或者另外采用NIOS II进行处理。通过FPGA模块能够实现实时控制和实时成像。有益效果:本专利技术提供的基于激光扫描的激光探测成像系统，解决了工业扫描系统中日光灯光源稳定性差，CCD相机接收信号动态范围窄、不能够高精度检测的不足，以及PIN管及Aro管本身噪声过大，不适合在噪声大的工业场合中使用的不足。本专利技术使用激光扫描器对物体进行逐点扫描，稳定性高，利用激光扫描探测器(光电倍增管)接收信号动态范围宽，能够进行高精度检测，物体的成像精度高，可以高分辨率低显示扫描物体，对物体进行分析。附图说明图1为本专利技术的结构框图；图2为本专利技术前端模拟信号处理的结构框图；图3为低噪声前置放大器的原理图；图4为信号调理电路的原理图；图5为A/D转换模块的结构框图；图6为锁相环单元的基本结构。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。公开号为102069077A、名称为“一种激光分选物料装置”的中国专利申请中，一种激光扫描系统，该激光扫描系统包括了不同波长的激光器，通过激光合束装置把激光聚在一处，通过旋转棱镜把激光反射至扫描物体上，散射的光依次通过多面棱镜、以及反射镜把激光反射到光电倍增管对光信号进行接收。如图1所示为一种基于激光扫描的探测成像系统，其特征在于:该成像系统以激光为光源，通过对物体的散射光的进行进行采集成像，包括激光扫描器、激光扫描探测器、低噪声前置放大器、信号调理电路、A/D转换模块、数字信号处理模块、采样控制模块、电机、图像采集卡和上位机:所述电机，用于带动棱镜转动；所述激光扫描器作为光源，将激光通过包括棱镜在内的光学组件打到物体上，对物体进行扫描；所述激光扫描探测器，用于接收物体的散射光，并将接收到的散射光信号转换为电信号后输出；所述低噪声前置放大器，将激光扫描探测器输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光扫描的探测成像系统，其特征在于：该成像系统以激光为光源，通过对物体的散射光的进行进行采集成像，包括激光扫描器、激光扫描探测器、低噪声前置放大器、信号调理电路、A/D转换模块、数字信号处理模块、采样控制模块、电机、图像采集卡和上位机：所述电机，用于带动棱镜转动；所述激光扫描器作为光源，将激光通过包括棱镜在内的光学组件打到物体上，对物体进行扫描；所述激光扫描探测器，用于接收物体的散射光，并将接收到的散射光信号转换为电信号后输出；所述低噪声前置放大器，将激光扫描探测器输出的电信号进行高增益、高带宽、低误差、低噪声的稳定放大后输出；所述信号调理电路，将低噪声前置放大器输出的电信号进行调理并滤噪后输出，主体为积分电路和相加器；所述A/D转换模块，将信号调理电路输出的电信号转换为适合ADC处理的电气特性信号后输出，即完成对A/D信号的驱动，将模拟信号转换为数字信号；所述数字信号处理模块，将A/D转换模块输出的电气特性信号处理成适合的数据流后输出；所述采样控制模块，用于控制扫描频率；所述图像采集卡，将数字信号处理模块输出的数据流进行图像转换处理后输出；所述上位机，用于完成图像显示控制和数据处理。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶莉华，汪海洋，王著元，王文轩，杭建军，崔一平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：