[发明专利]基于全波形采样的级联声光大视场激光三维成像系统

权利要求书

1.基于全波形采样的级联声光大视场激光三维成像系统，其特征在于：所述系统包括激光光源模块(100)、级联声光扫描发射接收光学模块(200)、多路高速激光探测模块(300)、总控模块(400)、上位机(500)、电源模块(600)，

所述激光光源模块(100)，为高重频脉冲激光器，为系统提供激光光源；

所述级联声光扫描发射接收光学模块(200)，包括级联声光扫描驱动模块(201)、级联声光扫描器件(202)、发射光学系统(203)、高精度扫描电机(204)和接收光学系统(205)，所述级联声光扫描器件(202)特征在于声光扫描器件并行拼接，配合高速激光探测模块(300)实现俯仰角分辨率调节的并行扫描和探测；

所述多路高速激光探测模块(300)包括多路探测模块(301)、多路高速并行采样模块(302)和数据处理模块(303)，所述多路探测器模块(301)特征在于多路探测器模块(301)配合大视场接收光学系统(205)和级联声光扫描器件(202)实现多路并行扫描和探测；

所述多路高速激光探测模块(300)特征在于多路探测模块(301)采集激光回波信号的全波形，数据处理模块(303)完成波形分析、处理，提取目标的激光回波信号所反映出的回波信息；

所述的总控模块(400)的FPGA主控芯片(401)控制激光器控制模块(402)向高重频脉冲激光器周期性地输出触发脉冲，高重频脉冲激光器收到触发脉冲后，输出激光脉冲，激光脉冲分为两路，一路激光脉冲经过级联声光扫描器件(202)，扫描出射，另一路激光脉冲输出至多路激光探测模块(301)，形成激光出射起始时刻计时起点；FPGA主控芯片(401)在控制输出触发脉冲的同时，控制所述的级联声光扫描控制模块(403)输出控制指令至级联声光驱动模块(201)，驱动级联声光扫描器件(202)的激光的出射方向，FPGA主控芯片(401)在每次控制输出触发脉冲的同时，改变级联声光扫描器件(202)的驱动信号，实现激光出射方向的调整，从而实现激光俯仰方向的扫描；FPGA主控芯片(401)在控制激光俯仰方向扫描的同时，通过扫描电机控制模块(404)，控制高精度扫描电机(204)带动发射光学系统(203)在水平方向旋转，从而实现激光水平方向上的扫描；扫描出射的激光脉冲在接触到物体表面后，产生激光回波信号，激光回波信号被接收光学系统(205)接收后,被多路激光探测模块(301)探测，产生回波电信号，回波电信号被多路高速并行采样模块(302)采集，再经过数据处理模块(303)进行算法处理，得到目标的回波信息，结合激光出射起始时刻计时起点，得到激光回波信号的到达时刻，进而得到目标距离测量值；FPGA主控芯片(401)控制数据采集模块(405)采集目标距离测量值，在FPGA主控芯片(401)完成数据采集后，数据通信模块(406)将目标距离测量值、激光俯仰方向出射角度信息和高精度扫描电机(204)反馈的激光水平方向出射角度信息的数据打包，上传至上位机(500)进行处理，从而反演出周边环境的三维图像。

2.根据权利要求1所述的激光三维成像系统，其特征在于所述的高重频脉冲激光器为脉冲半导体激光器或者脉冲光纤激光器。

3.根据权利要求2所述的激光三维成像系统，其特征在于所述级联声光扫描驱动模块(201)包括数字频率合成器DDS、信号放大模块，FPGA主控芯片(401)通过级联声光扫描控制模块(403)将并行的多路频率控制字分别发送至不同通道的数字频率合成器DDS，数字频率合成器DDS生成特定频率的正弦电信号，经信号放大模块分别放大后，传送至级联声光扫描器件(202)。

4.根据权利要求3所述的激光三维成像系统，其特征在于所述级联声光扫描器件(202)是利用声光偏转效应，通过快速改变通过声光晶体的声频率，使通过声光晶体的光束实现高速偏转，所述的级联声光扫描器件由多个声光扫描器件并行拼接而成，实现更大角度范围的扫描。

5.根据权利要求4所述的激光三维成像系统，其特征在于所述的发射光学系统(203)包括由高精度扫描电机(204)驱动的转镜，实现水平方向上的大范围扫描,扫描角度范围达到360°。