[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

说明书

本发明公开了基于全波形采样的级联声光大视场激光三维成像系统，包括激光光源模块、级联声光扫描发射接收光学模块、多路高速激光探测模块、总控模块、上位机、电源模块。通过对激光回波信号的波形采样、分析、处理，提取目标的激光回波信号所反映出的回波信息，相对于传统的阈值甄别提取法，目标的激光回波信号提取方法更加智能，提升了系统的抗环境干扰能力，如雾霾、灰尘、伪装网遮蔽等，拓展了激光三维成像系统的适用范围。使用级联声光扫描器件，与传统机械扫描方式相比，具有偏转速度快、无机械振动、驱动控制方式灵活等优点，使激光三维成像系统在俯仰方向上分辨率灵活调节，可以实现对不同距离目标的不同分辨率探测。

技术领域

本发明涉及激光三维成像技术领域，具体涉及基于全波形采样的级联声光大视场激光三维成像系统。

背景技术

激光三维成像技术能够实时感知周边环境的立体信息，具有成像速度快、有一定的作用距离和成像范围、测量精度高等优点，能够同时获得目标的距离、方位、相对运动速度等信息，在无人驾驶、机器视觉等领域广泛应用。现有无人驾驶、机器视觉的激光三维成像技术多在基于飞行时间测量原理的多线扫描激光雷达上应用，抗环境干扰能力弱，且作用距离较近，在俯仰方向上，其角分辨率固定，导致远距离目标分辨率低，不利于障碍物检测识别，极大得限制了该技术的应用，同时，也给无人驾驶车辆带来安全隐患。

为扩展激光三维成像技术的应用范围，需要提升现有激光三维成像系统的抗环境干扰能力、作用距离和角分辨率调节能力，增强激光三维成像技术的可靠性。为此，有必要对现有激光三维成像系统的探测和扫描方式进行改进

发明内容

为解决现有的技术问题，本发明提供基于全波形采样的级联声光大视场激光三维成像系统，包括激光光源模块、级联声光扫描发射接收光学模块、多路高速激光探测模块、总控模块、上位机、电源模块，

所述激光光源模块，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，包括级联声光扫描驱动模块、级联声光扫描器件、发射光学系统、高精度扫描电机和接收光学系统；

所述的多路高速激光探测模块包括多路探测模块、多路高速并行采样模块和数据处理模块；

所述的总控模块包括FPGA主控芯片、激光器控制模块、级联声光扫描控制模块、扫描电机控制模块、数据采集模块和数据通信模块；

所述的总控模块的FPGA主控芯片控制激光器控制模块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，扫描出射，另一路激光脉冲输出至多路激光探测模块，形成激光出射起始时刻计时起点；FPGA主控芯片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输出控制指令至级联声光驱动模块，驱动级联声光扫描器件的激光的出射方向，FPGA主控芯片在每次控制输出触发脉冲的同时，改变级联声光扫描器件的驱动信号，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主控芯片在控制激光俯仰方向扫描的同时，通过扫描电机控制模块，控制高精度扫描电机带动发射光学系统在水平方向旋转，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接收后,被多路激光探测模块探测，产生回波电信号，回波电信号被多路高速并行采样模块采集，再经过数据处理模块进行算法处理，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主控芯片控制数据采集模块采集目标距离测量值，在FPGA主控芯片完成数据采集后，数据通信模块将目标距离测量值、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，上传至上位机进行处理，从而反演出周边环境的三维图像。

优选地，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。