基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置及方法与流程

技术特征：

1.一种基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置，其特征在于：包括激光光源(1)，固定于激光光源(1)出光端的二维激光扫描镜(2)，固定于二维激光扫描镜(2)扫描区域的目标(8)，固定于目标(8)反射光路上的成像透镜(3)，固定于成像透镜(3)成像光路上的光电阵列探测器(4)，同时包括与激光扫描镜(2)连接的扫描镜转角测量装置(5)，与光电阵列探测器(4)通过导线连接的空间解码及激光测距模块(6)，同时与空间解码及激光测距模块(6)和扫描镜转角测量装置(5)通过导线连接的计算机(7)以及与激光光源(1)通过导线连接的激光控制器(9)。

2.根据权利要求1所述的基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置，其特征在于：所述激光光源(1)为高重复频率脉冲式激光器。

3.根据权利要求1所述的基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置，其特征在于：所述光电阵列探测器(4)的探测单元数量远低于每帧激光图像的像素点的数量。

4.根据权利要求1所述的基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置，其特征在于：所述光电阵列探测器(4)中每个探测单元的探测区域与空间编码区域一一对应，即某一空间编码区域的反射光仅能被其所对应的探测单元探测到。

5.权利要求1所述基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置的成像方法，其特征在于：激光控制器(9)控制激光光源(1)发射的激光照射到二维激光扫描镜(2)上，此时扫描镜转角测量装置(5)记录当前二维激光扫描镜(2)的转角(θ₁,θ₂)及激光照射区域的空间编码值M，激光经目标(8)反射后经过成像透镜(3)，光电阵列探测器(4)中的某个探测单元会探测到目标(8)的返回激光，空间解码及激光测距模块(6)测量激光控制器(9)输出的触发脉冲和光电阵列探测器(4)某个探测单元输出的脉冲信号之间的时间差，就能够计算出目标上某点的距离；由于激光二维扫描镜(2)扫描速度非常快，假如第N个脉冲激光照射到了编码为M的空间区域，根据透镜成像的原理，该脉冲激光信号会被光电阵列探测器(4)的第M个探测单元探测到；而第N+1个脉冲激光就会照射到编码为非M的空间区域，并且该脉冲激光信号会被阵列探测器中第M个以外的探测器探测到；空间解码及激光测距模块(6)根据接收到脉冲激光信号的探测单元的位置，就能够判断出该脉冲激光来自于空间的哪个区域，再利用扫描镜转角测量信息，就能准确的定位目标某点三维信息即角度-角度-距离；利用上述方法，不断探测目标(8)不同位置的距离，则能够获得目标的三维图像。

6.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤1：对探测空间进行二维编码：设激光雷达的视场范围是：θ_1*θ₂，假设将该区域分成5*5个子区域并对其进行编码，则不同编码区域所对应的探测视场角范围如表1所示：

表1.空间区域编码与空间区域视场角之间的关系

步骤2：初始化系统，激光光源(1)开始工作；

步骤3：激光经二维激光扫描镜(2)反射，此时扫描镜转角测量装置(5)记录当前二维激光扫描镜(2)的角度值并根据表1获得当前激光照射空间区域的编码值M，其中M＝1～25；

步骤4：激光被目标(8)反射后经成像透镜(3)，汇聚至光电阵列探测器(4)上对应空间编码值M的探测单元上，空间解码及激光测距模块(6)将聚焦后的光信号转化为放大的电压信号，根据接收到脉冲激光信号的探测单元的位置，解算出反射激光来源于哪个空间编码区域，并利用飞行时间法测量激光控制器(9)输出的触发脉冲和光电阵列探测器(4)某个探测单元输出的脉冲信号之间的时间差，就能够计算出目标上某点的距离；

步骤5：在第一束激光未到达光电阵列探测器(4)之前，也就是步骤4进行的同时，激光源依次发出第2、3、4…n束激光，经二维激光扫描镜(2)反射后照射在不同的空间编码区域内；此时，扫描镜转角测量装置(5)分别记录对应时刻二维激光扫描镜(2)的角度

步骤6：与步骤4相类似，第2、3、4...n束激光被目标(8)反射后，经成像透镜(3)，汇聚至光电阵列探测器(4)对应的探测单元上，并通过空间解码及激光测距模块(6)根据接收到脉冲激光信号的探测单元的位置，解算出反射激光来源于哪个空间编码区域，并测量目标位置的距离信息，计算机(7)通过判断是哪个探测单元探测到的激光信号，就能够分辨出是其所对应的扫描镜的角度；

步骤7：计算机(7)利用多次测量的目标距离和角度信息，即能够获得目标(8)的三维图像。