[发明专利]一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统及方法

权利要求书

1.一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统，其特征是：包括导轨伺服运动单元(1)和激光雷达单元(2)；所述导轨伺服运动单元(1)包括沿隧道顶部纵向安装的导轨、滚珠丝杠和伺服电机；所述激光雷达单元(2)安装在导轨伺服运动单元(1)导轨上，并在伺服电机带动下沿导轨移动；所述激光雷达单元(2)包括现场可编程门阵列FPGA(3)、LD脉冲激光器驱动电路(4)、LD脉冲激光器(5)、光束整形透镜(6)、分光器件(7)、PIN光电二极管(8)、单轴MEMS微镜(9)、接收透镜(10)、APD线列探测器(11)、信号处理电路(12)、时刻鉴别电路(13)、单轴MEMS微镜驱动电路(14)；

所述FPGA(3)的一输出端与LD脉冲激光器驱动电路(4)相连，LD脉冲激光器驱动电路(4)与LD脉冲激光器(5)输入端相连，LD脉冲激光器(5)发射激光脉冲信号至分光器件(7)；分光器件(7)用于将接入的激光脉冲信号分成两路，一路信号接入PIN光电二极管(8)，PIN光电二极管(8)与时刻鉴别电路(13)相连，以确定激光脉冲的飞行起始时刻，另一路信号经光束整形透镜(6)、单轴MEMS微镜(9)向高速公路隧道路面(15)反射，产生激光脉冲回波信号；

所述FPGA(3)的另一输出端与单轴MEMS微镜驱动电路(14)相连，单轴MEMS微镜驱动电路(14)与单轴MEMS微镜(9)相连，以驱动其进行沿高速公路隧道路面(15)横向方向的谐振运动；

所述高速公路隧道路面(15)反射产生的激光脉冲回波信号经接收透镜(10)接入APD线列探测器(11)，以确定激光脉冲飞行停止时刻信号和激光回波信号幅值，APD线列探测器(11)与信号处理电路(12)相连，信号处理电路(12)分别与时刻鉴别电路(13)和FPGA(3)的输入端相连，时刻鉴别电路(13)的输出端与FPGA(3)的输入端相连。

2.如权利要求1所述的一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统，其特征是：所述导轨伺服运动单元(1)的导轨安装于隧道顶部的一侧。

3.如权利要求1-2任一项所述的一种用于高速公路隧道路面异物检测的方法，其特征是：包括以下六个步骤

S1.导轨伺服运动单元(1)按照一定的给进速度驱动激光雷达单元(2)沿导轨匀速运动；

S2.激光雷达单元(2)的FPGA(3)根据系统单轴MEMS微镜(9)的扫描角度及扫描速度、光束整形透镜(6)产生的条状激光光斑长度、激光雷达单元(2)沿导轨方向的运动速度之间的关系，生成触发脉冲和与触发脉冲同时序的控制信号；

S3.FPGA(3)控制单轴MEMS微镜(9)，使其反射的激光脉冲信号对高速公路隧道路面(15)进行谐振扫描，同时记录激光脉冲飞行起始时刻信号；

S4.FPGA(3)获取激光脉冲飞行停止时刻信号、激光脉冲回波信号幅值以及激光脉冲发射信号和回波信号的时间差序列；

S5.FPGA(3)对激光扫描区域实现激光距离成像和灰度成像，并根据图像各像素的距离信息及灰度信息，判断相应高速公路隧道路面(15)区间内是否存在异物；

S6.FPGA(3)判断是否到达导轨终点，若未达到终点，则重复步骤S2-S3；若达到轨道终点，则本次检测结束，导轨伺服运动单元(1)停止运动，激光雷达单元(2)停止工作。