[发明专利]一种基于单光子雪崩探测器线阵相机的监控装置及测速方法

说明书

本发明提供一种基于单光子雪崩探测器线阵相机的测速装置及方法。使用单光子雪崩探测器为成像器件组成线阵相机用以速度测量，利用物体已知尺寸和其对应在图像中的纵向像素个数、相机单列拍摄积分时间以及相机拍摄角度来计算运动物体的速度。单光子雪崩探测器线阵的单元包括单光子雪崩探测器、淬灭和复位电路、计数器以及寄存器；单光子雪崩探测器的输出端依次连接淬灭和复位电路、计数器，计数器的输出端与寄存器连接；单光子雪崩探测器采用单光子雪崩二极管。本发明的装置和方法具有在光照较强的白天、光弱的黑夜和极端黑暗环境中均可以实现测速、且测速更加精确的显著优点。

技术领域

本发明涉及一种运动目标的测速装置及方法，尤其是利用成像技术实现测速的方法。

背景技术

目前，针对运动目标主要的测速技术有微波雷达监测技术、激光检测技术、地感线圈测速和视频测速等。

微波雷达监测技术主要是利用多普勒效应(Doppler Effect)原理：当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机率。如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度，但该技术接受和发射电磁波受外部信号影响较大，测得数据易受干扰。

激光检测技术是利用激光的飞行时间(TOF)计算物体两次距离传感器距离，从而计算出物体运动速度，但激光检测所需成本较高，且无记录物体其他信息功能，相对其他速度检测手段并无优势。地感线圈测速需要将线圈安装在地下，施工时会破坏路面，且易受环境影响发生变形，实际维修养护费用较高。

视频测速是基于成像手段，再利用图像处理的方式实现速度的测量，但视频测速手段受限于光照等外部条件，且视频数据量大，不利于数据实时处理。

现有的线阵相机测速系统一般使用普通CCD或CMOS线阵作为成像器件进行速度的测量，但是普通CCD或CMOS采用A/D转换的方式进行数据读出，受模拟数字转换器(ADC)和器件满阱限制，其光强动态范围十分受限，需要改变相机感光度或是改变曝光时间来实现对不同环境光强的成像，当环境光强改变十分快速时，CCD和CMOS可能会由于感光度改变不及时而出现数据丢失的现象。

发明内容

本发明针对现有测速方法的不足，提出一种基于单光子雪崩探测器(SPAD)线阵相机的测速装置及方法。

本发明的装置采用的技术方案如下：

一种基于单光子雪崩探测器线阵相机的测速装置，将线阵相机与待拍摄物体呈一定角度放置，用于扫描拍摄移动中的物体；所述线阵相机包括单光子雪崩探测器线阵，所述单光子雪崩探测器线阵包括多个并行排列的探测器单元；所述探测器单元包括单光子雪崩探测器、淬灭和复位电路、计数器以及寄存器；所述单光子雪崩探测器的输出端依次连接淬灭和复位电路、计数器，所述计数器的输出端与寄存器连接；所述单光子雪崩探测器采用单光子雪崩二极管。

进一步地，所述单光子雪崩探测器线阵为一条，或者为多条组成的多级成像线阵。

进一步地，所述淬灭和复位电路采用被动淬灭形式或者主动淬灭形式。

本发明的方法采用的技术方案如下：

一种基于单光子雪崩探测器线阵相机的测速方法，使用单光子雪崩探测器为成像器件组成线阵相机用以速度测量，利用物体已知尺寸和其对应在图像中的纵向像素个数、相机单列拍摄积分时间以及相机拍摄角度来计算运动物体的速度v，具体公式为：

其中，t为线阵相机拍摄一列图像的积分时间；θ为线阵相机镜头中心线与拍摄水平面的夹角；y为运动物体中的已知尺寸信息，n为已知尺寸信息对应的图像的像素个数。

本发明利用单光子雪崩探测器(SPAD)线阵相机检测移动物体速度，具有以下显著优点：