激光成像控制方法与装置与流程

本发明涉及到激光控制成像领域，特别是涉及到一种激光成像控制方法与装置。

背景技术：

高亮度大功率半导体激光器是固体激光器和光纤激光器的理想泵浦源，广泛应用于材料加工、自由空间通讯、医疗等领域。随着高功率半导体激光器的广泛应用，可靠性成为限制其应用的重要影响因素。

在半导体激光器中，随着输出功率的提高，对激光器散热能力的要求也越来越高，温度升高时器件会出现模式竞争，同时，光谱的谱宽变大，因此，散热成为影响器件寿命和可靠性的重要指标，关系到激光器器件性能的好坏和成败。如果激光器散热不及时，势必造成结温升高，从而使激光器的阈值电流密度升高，电光转换效率降低，激光器波长发生严重温漂，严重影响器件的寿命和可靠性。对于使用半导体激光器作为光源的光纤通信领域，以及对于密集波分复用系统(dwdm)，由于通道间的波长间隔已经很小，保持波长的稳定就变得非常重要。如果不对激光器管芯的温度加以控制，微小的温度变化将导致整个系统的不可用。另外，半导体激光器是对温度敏感的器件，其阈值电流、输出波长以及输出功率的稳定性都对温度非常敏感，其工作寿命也与其预设工作温度密切相关。实验表明，温度每升高30℃激光器的寿命会降低一个数量级。因此如何及时消除因耗散功率所转化的热量是实现高效、高可靠性和高稳定性半导体激光器器件的关键。

在激光成像装置中，虽然光源的热功率相对较小。但由于在高精度成像系统下，温度对光源会产生一定的影响，进而产生成像质量问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种激光成像控制装置与方法，解决激光成像过程中的光源温度控制问题，提高激光成像质量。

本发明提供了一种激光成像控制方法，包括以下步骤：

检测光源的温度，使所述光源达到预设工作温度；

通过所述光源产生激光光束并分成两路，对其中一路激光光束进行调制、放大和整形处理，将另一路激光光束作为本振信号；

将经过调制、放大和整形处理后的激光光束分成多路子光束后发射至待探测目标；

接收待探测目标反射的各路回波信号；

在所述探测目标与激光雷达处于远距离模式下，将所述各路回波信号与所述本振信号进行混频处理，得到混频后的各路回波信号，将混频后的各路回波信号进行光电转换、整形和放大处理，并根据经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标的距离信息；

在所述探测目标与激光雷达处于近距离模式下，将所述各路回波信号进行光电转换、整形和放大处理，并根据经过光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标各点的距离像。

优选地，所述探测器采用阵列雪崩光电二极管apd，所述阵列apd包括n×n个探测单元。

优选地，所述经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标的距离信息，包括：

对经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号进行分段频域处理，找出频谱最大时的信号段的延时，根据频谱最大时的信号段的延时得到待探测目标的距离信息。

优选地，所述在所述探测目标与激光雷达处于近距离模式下，将所述各路回波信号进行光电转换、整形和放大处理，并根据经过光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标各点的距离像，包括：

对经过光电转换、整形和放大处理后的回波信号进行时域分析，并与设定的阈值进行比较，达到或者超过阈值时产生脉冲信号，根据脉冲信号得到待探测目标各点的距离像。

本发明还提出了一种激光成像控制装置，包括光源、分光器、激光处理模块、激光分束模块、本振开关、回波信号接收模块、混频模块、探测器、信号处理模块、控温模块；

所述控温模块，用于检测所述光源的温度，使所述光源达到预设工作温度；

所述光源，用于产生激光光束；

所述分光器，用于将所述激光光束分成两路，一路发射至激光处理模块，一路作为本振信号发射至本振开关；

所述激光处理模块，用于对所述激光光束进行调制、放大和整形处理；

所述激光分束模块，用于将经过调制、放大和整形处理后的激光光束分成多路子光束后发射至待探测目标；

所述本振开关，用于在所述探测目标与激光雷达处于远距离模式下，输出所述本振信号到混频模块；在所述探测目标与激光雷达处于近距离模式下，禁止输出所述本振信号到混频模块；

所述回波信号接收模块，用于接收待探测目标反射的各路回波信号，并输出至所述混频模块；

所述混频模块，用于在接收到所述本振信号时，将所述各路回波信号与所述本振信号进行混频处理，得到混频后的各路回波信号并输出至所述探测器；在未接收到所述本振信号时，将所述各路回波信号输出至所述探测器；

所述探测器，用于分别对经过混频处理或未经过混频处理的各路回波信号进行光电转换、整形和放大处理后输出至信号处理模块；

所述信号处理模块，用于根据经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标的距离信息，或根据经过光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标各点的距离像。

优选地，所述激光处理模块包括调制器、放大器和整形器；

所述调制器，用于所述激光光束进行调制处理；

所述放大器，用于对调制后的激光光束进行放大处理；

所述整形器，用于对放大后的激光光束进行整形处理。

优选地，所述探测器采用阵列雪崩光电二极管apd，所述阵列apd包括n×n个探测单元；

所述激光分束模块，用于将经过调制、放大和整形处理后的激光光束分成n×n个子光束后发射至待探测目标。

优选地，所述信号处理模块包括，

处理单元，用于对经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号进行分段频域处理，找出频谱最大时的信号段的延时，根据频谱最大时的信号段的延时得到待探测目标的距离信息；

分析单元，用对经过光电转换、整形和放大处理后的回波信号进行时域分析，并与设定的阈值进行比较，达到或者超过阈值时产生脉冲信号，根据脉冲信号得到待探测目标各点的距离像。

优选地，所述激光光源采用脉冲激光器。

优选地，所述激光分束模块采用衍射分光系统。

本发明提出的激光成像控制方法与装置，能精确地控制光源的温度，使光源达到设定的工作温度，发出的激光光束质量更稳定，同时可以在直接探测和相干探测之间切换，不仅具有在近距离处成像快、分辨率高、实现简单等优点，而且还具有在远距离利用相干探测高灵敏度目标距离的能力，与实际应用中远距离需要获取尽可能远的单点作用距离，近距离需要获取目标多点距离信息利于目标识别相符合。

附图说明

图1为本发明激光成像控制方法一实施例的流程示意图；

图2为本发明激光成像控制装置一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本发明实施例提出一种激光成像控制方法与装置，能精确地控制光源的温度，使光源达到设定的工作温度，发出的激光光束质量更稳定，同时可以在直接探测和相干探测之间切换，不仅具有在近距离处成像快、分辨率高、实现简单等优点，而且还具有在远距离利用相干探测高灵敏度目标距离的能力。

本发明实施例提供了一种激光成像控制方法及装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

根据本发明的方法实施例，提供了一种激光成像控制方法，图1是本发明方法实施例的激光成像控制方法的流程示意图。如图1所示，本发明方法实施例提出的激光成像控制方法，包括：

s10、检测光源的温度，使所述光源达到预设工作温度；

s20、通过所述光源产生激光光束并分成两路，对其中一路激光光束进行调制、放大和整形处理，将另一路激光光束作为本振信号；

s30、将经过调制、放大和整形处理后的激光光束分成多路子光束后发射至待探测目标；

s40、接收待探测目标反射的各路回波信号；

s50、在所述探测目标与激光雷达处于远距离模式下，将所述各路回波信号与所述本振信号进行混频处理，得到混频后的各路回波信号，将混频后的各路回波信号进行光电转换、整形和放大处理，并根据经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标的距离信息；

s60、在所述探测目标与激光雷达处于近距离模式下，将所述各路回波信号进行光电转换、整形和放大处理，并根据经过光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标各点的距离像。

其中，s10中的控温步骤是由控温模块执行完成的。控温模块，包括温度感应单元、加温单元、冷却单元、恒温单元、温度控制单元。温度感应单元用于测量光源的温度。所述温度控制单元用于当光源温度不在预设温度范围内时，控制相应的加温单元或冷却单元，调节光源温度，使其落入预设温度范围。所述恒温单元，由大比热的材料组成，环绕于光源周围，使光源有一稳定的温度环境。

所述探测器采用阵列apd，包括n×n个探测单元。对应的，步骤s30具体包括以下步骤：

将经过调制、放大和整形处理后的激光光束分成n×n个子光束后发射至待探测目标。

具体的，所述经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标的距离信息，包括以下步骤：

对经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号进行分段频域处理，找出频谱最大时的信号段的延时，根据频谱最大时的信号段的延时得到待探测目标的距离信息。

具体的，所述经过光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标各点的距离像，包括以下步骤：

对经过光电转换、整形和放大处理后的回波信号进行时域分析，并与设定的阈值进行比较，达到或者超过阈值时产生脉冲信号，根据脉冲信号得到待探测目标各点的距离像。

为了详细的说明本发明的激光成像控制方法，给出实例1。在实例1中，激光成像控制方法，包括以下步骤：

(1)、打开脉冲激光器，使激光光源达到预设的工作温度；

(2)、启动激光光源，产生激光光束；

(3)、将激光光束分成两路，一路经过频率调制、斩波和功率放大，另一路进入本振开关；

(4)、经过放大后的激光信号经过整形进入激光分束系统，将一束激光分成n×n子光束，然后发射至探测目标，并记录下光束发射时刻tl，探测器的像元也为n×n；调整接收镜头、探测器、激光分束系统的位置，使得每个子光束经过目标物体反射后能返回到相应的探测器像元；

(5)激光接收镜头接收待探测目标反射的各路回波信号；

(6)在所述探测目标与激光雷达处于远距离模式下，使本振开关处于打开状态，将所述各路回波信号与所述本振信号进行混频处理，得到混频后的各路回波信号；所述混频后的各路回波信号分别进入到n×n面阵apd的相应的探测单元，每个探测单元对探测到激光信号进行光电转换，转换后的电信号经过整形、放大；对经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号进行分段频域处理，找出频谱最大时的信号段的延时，根据频谱最大时的信号段的延时得到待探测目标的距离信息；

(7)在所述探测目标与激光雷达处于近距离模式下，使本振开关处于关闭状态，直接使所述各路回波信号分别进入到n×n面阵apd的相应的探测单元，每个探测单元对探测到激光信号进行光电转换，转换后的电信号经过整形、放大，对经过光电转换、整形和放大处理后的回波信号进行时域分析，并与设定的阈值进行比较，达到或者超过阈值时产生脉冲信号，根据脉冲信号得到待探测目标各点的距离像；

(8)、将目标各点的距离像发送给上位机，并进行颜色编码，将视场内目标各点三维图像进行显示。

参照图2，本发明实施例提供了一种激光成像控制装置。本发明装置实施例包括控温模块，光源、分光器、激光处理模块、激光分束模块、本振开关、回波信号接收模块、混频模块、探测器及信号处理模块。以下对本发明实施例的各个模块进行详细的说明。

具体的，所述控温模块，包括温度感应单元、加温单元、冷却单元、恒温单元、温度控制单元。温度感应单元用于测量光源的温度。所述温度控制单元用于当光源温度不在预设温度范围内时，控制相应的加温单元或冷却单元，调节光源温度，使其落入预设温度范围。所述恒温单元，由大比热的材料组成，环绕于光源周围，使光源有一稳定的温度环境。

所述激光光源，用于产生激光光束。更加具体的，所述激光光源采用脉冲激光器。

所述分光器，用于将所述激光光束分成两路，一路发射至激光处理模块，一路作为本振信号发射至本振开关。

具体的，所述激光处理模块，用于对所述激光光束进行调制、放大和整形处理。

更加具体的，所述激光处理模块包括调制器、放大器和整形器；

所述调制器，用于所述激光光束进行调制处理；

所述放大器，用于对调制后的激光光束进行放大处理；

所述整形器，用于对放大后的激光光束进行整形处理。

具体的，所述激光分束模块，用于将经过调制、放大和整形处理后的激光光束分成多路子光束后发射至待探测目标。更加具体的，所述激光分束模块采用衍射分光系统，优选为高效延伸分光系统。

在本发明装置实施例中，所述探测器采用阵列apd(雪崩光电二极管)，包括n×n个探测单元；对应的，所述激光分束模块具体用于，将经过调制、放大和整形处理后的激光光束分成n×n个子光束后发射至待探测目标。

具体的，所述本振开关，用于在所述探测目标与激光雷达处于远距离模式下，输出所述本振信号到混频模块；在所述探测目标与激光雷达处于近距离模式下，禁止输出所述本振信号到混频模块。

具体的，所述回波信号接收模块，用于接收待探测目标反射的各路回波信号。

更加具体的，所述回波信号接收模块为激光接收镜头，所述激光接收镜头可以为单口径镜头。

具体的，所述混频模块，用于在接收到所述本振信号时，将所述各路回波信号与所述本振信号进行混频处理，得到混频后的各路回波信号并输出至所述探测器；在未接收到所述本振信号时，直接将所述各路回波信号输出至所述探测器。

具体的，所述探测器，用于分别对经过混频处理或未经过混频处理的各路回波信号进行光电转换、整形和放大处理后输出至信号处理模块。

在本发明中，要调整回波信号接收模块、探测器、激光分束模块的位置，使得每个子光束经过待探测目标反射后能返回到相应的探测器单元。

具体的，所述信号处理模块，用于根据经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标的距离信息，或根据经过光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号得到待探测目标各点的距离像。

更加具体的，所述信号处理模块具体用于，

对经过混频、光电转换、整形和放大处理后的各路回波信号进行分段频域处理，找出频谱最大时的信号段的延时，根据频谱最大时的信号段的延时得到待探测目标的距离信息；

对经过光电转换、整形和放大处理后的回波信号进行时域分析，并与设定的阈值进行比较，达到或者超过阈值时产生脉冲信号，根据脉冲信号得到待探测目标各点的距离像。

在本发明装置实施例提供的激光成像控制装置中，激光光源采用脉冲激光器，探测器采用阵列apd(雪崩光电二极管)，采用双模激光探测体制，接收方式通过本振开关在直接探测和相干探测之间切换，当探测目标距离激光雷达较远时，打开本振开关，激光雷达处于相干探测模式，将阵列探测器当作单元探测器使用，使本振信号和回波信号混频，通过时频分析混频后的信号测出目标某点的距离信息；当激光雷达距离目标较近时，关闭本振开关，将阵列探测器当作多元探测器使用，阵列探测器上每个探测单元都会探测到一路子光束返回的距离信息，最终得到高分辨率距离像，有利于目标细节识别。

本发明提出的激光成像控制方法与装置，能精确地控制光源的温度，使光源达到设定的工作温度，发出的激光光束质量更稳定，同时可以在直接探测和相干探测之间切换，不仅具有在近距离处成像快、分辨率高、实现简单等优点，而且还具有在远距离利用相干探测高灵敏度目标距离的能力，与实际应用中远距离需要获取尽可能远的单点作用距离，近距离需要获取目标多点距离信息利于目标识别相符合。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。