[发明专利]一种动态目标三维成像装置及方法

权利要求书

1.一种动态目标三维成像装置，其特征在于，包括激光发射系统、光束扫描系统、回波探测系统和数据处理系统；

所述激光发射系统，用于产生激光光束，并传输至所述光束扫描系统；

所述光束扫描系统，用于将所述激光光束出射至探测目标区域，接收待探测目标的散射回波信号；还用于利用全固态光学相控阵对待探测目标的散射回波信号进行动态光束扫描，获取待探测目标在不同位置的点云信息；

所述回波探测系统，用于收集待测目标在不同位置的点云信息，并传输至所述数据处理系统；

所述数据处理系统，用于根据所述全固态光学相控阵的二维扫描分布信息和待探测目标在不同位置的点云信息，将待探测目标在不同位置的点云信息从点云二维空间投影到极坐标参数空间，根据待探测目标在任一个位置的点云信息在极坐标参数空间中的极坐标参数，得到待探测目标在任一个位置的速度信息和距离信息；根据待探测目标在每一个位置的速度信息和距离信息，重构出待探测目标的动态三维图像，

所述回波探测系统包括光束耦合器件、单光子探测器和TCSPC器件；

所述光束耦合器件，用于对待探测目标的散射回波信号能量进行收集并耦合至单光子探测器；

所述单光子探测器，用于接收待探测目标的散射回波能量，并向外输出脉冲到TCSPC器件中；

所述TCSPC器件，用于接收所述单光子探测器输出的脉冲，并记录下PIN探测同步信号时间差。

2.根据权利要求1所述的动态目标三维成像装置，其特征在于，所述激光发射系统包括激光驱动器、激光器、光束调制组件、PIN探测器、信号调制组件和A/D转换组件；

所述激光器，用于根据所述激光驱动器的驱动产生特定频率、特定能量的脉冲激光光束，并入射所述光束调制组件；

所述光束调制组件，用于对所述激光光束进行分光处理，使得所述激光光束的主要能量传输至所述光束扫描系统，极少能量传输至所述PIN探测器；

所述PIN探测器，用于根据所述极少能量完成光同步，并输出同步信号至所述信号调制组件；

所述信号调制组件，用于对所述PIN探测器输出的同步信号进行噪声抑制和信号放大；

所述A/D转换组件，用于将调理后的模拟信号转换为数字信号，并传输至所述数据处理系统。

3.根据权利要求2所述的动态目标三维成像装置，其特征在于，所述光束扫描系统包括望远镜组、全固态光学相控阵和驱动电路；

所述望远镜组，用于将激光光束出射至探测目标区域，并接收待探测目标的散射回波信号；

所述全固态光学相控阵，用于根据所述驱动电路的驱动信号对出射光束和待探测目标的散射回波信号进行动态光束扫描，获取待探测目标在不同位置的点云信息，并传输至所述回波探测系统。

4.根据权利要求1所述的动态目标三维成像装置，其特征在于，所述数据处理系统包括FPGA和硬盘；

所述FPGA，用于根据所述A/D转换组件输出的同步信号和所述TCSPC器件输出的PIN探测同步信号时间差，完成激光器、全固态光学相控阵、TCSPC器件的时序控制与同步。

5.根据权利要求1所述的动态目标三维成像装置，其特征在于，所述光束扫描系统包括望远镜组、全固态光学相控阵和驱动电路；

所述望远镜组，用于将激光光束出射至探测目标区域，并接收待探测目标的散射回波信号；

所述全固态光学相控阵，用于根据所述驱动电路的驱动信号对出射光束和待探测目标的散射回波信号进行动态光束扫描，获取待探测目标在不同位置的点云信息，并传输至所述回波探测系统。

6.一种动态目标三维成像方法，其特征在于，包括：

设置如权利要求1-5任一项所述的动态目标三维成像装置的系统参数；

系统参数设置完毕后，通过全固态光学相控阵对发射至探测目标区域的发射光束和待探测目标的散射回波信号进行动态光束扫描，获取待探测目标在不同位置的点云信息；

根据所述全固态光学相控阵的二维扫描分布信息和待探测目标在不同位置的点云信息，重构出待探测目标的动态三维图像。