[发明专利]一种动态目标三维成像装置及方法

说明书

本发明提供一种动态目标三维成像装置及方法，装置包括激光发射系统、光束扫描系统、回波探测系统和数据处理系统。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；光束扫描系统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；回波探测系统，用于收集待测目标在不同位置的点云信息；数据处理系统根据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。本发明利用全固态光学相控阵实现光束扫描，无机械扫描组件，精度高、重量轻，可以满足高精度、动态目标的三维成像要求；且利用目标的点云数据与扫描分布信息，可重构出目标的三维图像，抗干扰性强、鲁棒性高，在白天强噪声环境仍具有优异性能。

技术领域

本发明涉及激光三维成像领域，更具体地，涉及一种动态目标三维成像装置及方法。

背景技术

随着数字地球、数字城市、逆向工程、虚拟现实等领域的快速发展，各类三维空间信息获取的工具和手段也不断涌现。激光主动三维成像技术以其高精度、非接触、速度快等特点而得到了广泛的应用。激光主动三维成像技术作为一种信息的空间信息获取手段，能以点云的形式获取目标的三维模型，并通过进一步数据处理可以实现目标的高精度三维重构。

近年来，为满足远距离目标三维快速成像的需求，单光子激光三维成像技术得到了快速发展，当单光子探测器测到一个或多个目标回波光子时，产生一个响应脉冲，利用时间相关单光子计数(TCSPC，Time-correlated single photon counting)计数实现不同回波时刻的脉冲累计，从而获得目标的距离信息。并结合收发光束的二维扫描，可以获得目标完整的三维点云信息。

目前，单光子激光三维成像技术主要应用静态目标的测量，一方面，当目标运动时，TCSPC积累的回波脉冲无法正常表示目标距离。在目标运动速度较低时，TCSPC的回波脉冲累积值会展宽，测量虚警率增加；在目标速度较快时，TCSPC回波脉冲累积值将完全淹没于噪声信号中，导致测量失败。另一方面，对于高速运动目标在运动状态中完成光束扫描对运动部件扫描速度与扫描精度提出了很高的要求，目前机械扫描方式，诸如二维扫描振镜，具有机械旋转部件，响应速度慢，难以满足高速运动目标的光束二维扫描的需求。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种动态目标三维成像装置及方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种动态目标三维成像装置，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所述探测目标区域，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，重构出待探测目标的动态三维图像。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例还可以作出如下改进。

可选的，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。