[发明专利]一种多波束光子计数激光成像方法

说明书

本发明公开了一种多波束光子计数激光成像方法，该方法包括以下步骤：激光发射装置产生多波束激光脉冲对成像目标进行扫描，同时将多波束激光脉冲的同步信号传输至时间相关单光子符合计数模块，利用一个单像素单光子探测器对回波信号进行探测并将计数信号传输至时间相关单光子符合计数模块，时间相关单光子符合计数模块分析得到多波束激光脉冲的飞行时间以此求取成像目标上的各扫描位置的距离，从而构建成像目标的三维图像。本发明的优点是：通过采用相位互相随机、重复频率不相等的多波束激光脉冲作为扫描激光，使得探测端仅用一个单像素单光子探测器便可实现多波束复用探测，在保证成像精度的同时简化了探测结构，降低了设备成本。

技术领域

本发明涉及激光成像技术领域，具体涉及一种多波束光子计数激光成像方法。

背景技术

激光成像技术具有横向分辨率高、测距误差小、成像速度快、体积重量小等优点，目前基于飞行时间的激光成像是一项较为成熟的技术，在各方面有着广泛的应用，多波束光子计数激光成像是其中一个重要的分支。然而多波束光子计数激光成像系统通常采用单光子探测器阵列作为信号探测端，需要用到多个单光子探测器，其技术难度高，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种多波束光子计数激光成像方法，通过采用相位互相随机、重复频率不相等的多波束激光脉冲作为扫描激光，使用一个单像素单光子探测器作为探测端同时探测多波束的回波信号，通过时间相关单光子符合计数模块测量对应光子的飞行时间，从而计算得到成像目标距离的点云数据，实现激光三维成像。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种多波束光子计数激光成像方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：激光发射装置产生多波束激光脉冲，并通过光束扫描装置对成像目标进行扫描，同时将所述多波束激光脉冲的同步信号传输至时间相关单光子符合计数模块，单像素单光子探测器对所述成像目标的回波信号进行探测并将计数信号传输至所述时间相关单光子符合计数模块，所述时间相关单光子符合计数模块分析得到所述多波束激光脉冲的飞行时间以此求取所述成像目标上的各扫描位置的距离，从而构建所述成像目标的三维图像。

所述回波信号先经由接收光学装置接收再利用所述单像素单光子探测器进行探测。

所述多波束激光脉冲中的各个波束激光脉冲的相位互相随机且重复频率互不相等。

所述时间相关单光子符合计数模块包括与所述多波束激光脉冲波束数量相同的时间间隔测量单元。

求取所述成像目标上的各所述扫描位置的距离的具体方法为：每个所述时间间隔测量单元对所述计数信号与一路所述同步信号进行时间相关单光子符合计数，记录所述计数信号与所述同步信号之间的时间间隔，通过多个周期的计数积累得到所述计数信号中与所述同步信号频率一致的计数脉冲的计数峰，而与所述同步信号频率不一致的所述计数信号的计数脉冲将呈随机分布，无法得到计数峰，从而计算出各所述扫描位置的距离，计算公式为：，其中，为所述扫描位置与对应光子出射位置之间的距离，c为所述对应光子在空气中的传播速度，为所述计数信号的所述计数信号的计数峰与所述同步信号的时间间隔，n为各个波束的序号。

所述时间相关单光子符合计数模块与一计算机连接，所述计算机接收所述时间相关单光子符合计数模块传入的所述时间间隔数据，然后根据所述计算公式计算各所述扫描位置的距离并将其以点云数据形式进行存储，从而构建所述成像目标的三维图像。

所述光束扫描装置为振镜、转镜或电控旋转台中的一种，所述光束扫描装置由所述计算机连接控制。

所述激光发射装置包括脉冲激光光源和准直器。所述激光发射装置包括脉冲激光光源和准直器。

本发明的优点是：通过采用相位互相随机、重复频率不相等的多波束激光脉冲作为扫描激光，使得探测端仅用一个单像素单光子探测器便可实现多波束复用探测，在保证成像精度的同时简化了探测结构，降低了设备成本。

附图说明