[发明专利]一种测距装置及主动三维成像系统

说明书

本公开提供一种测距装置，包括：信号发生器；激光器，用于在所述信号发生器发出的脉冲触发信号的触发下射出激光脉冲光；光调制器，用于在所述信号发生器发出的调制信号，形成调制激光脉冲光；收发光路器，能够接收并将所述调制激光脉冲光处理为发射信号光子发出，使返回信号光子被所述收发光路器接收处理后再转出；单光子探测器，用于在所述信号发生器发出的门控信号的作用下将接收的所述返回信号光子处理为计数探测信号；时间测量模块，用于接收所述计数探测信号，并在所述信号发生器发出的固定周期信号的作用下测量所述发射信号光子和返回信号光子的飞行时间，进而得到与目标的距离。

技术领域

本公开涉及激光雷达领域技术领域，尤其涉及一种测距装置及主动三维成像系统。

背景技术

脉冲激光测距及成像技术是目前主要发展的精确三维成像技术，主要的技术手段是通过发射激光脉冲到目标位置并接收其回波，测得其光子飞行时间，由记录的时间间隔，计算出目标物体的距离。通过对成像区域采用扫描等方式，得到目标区域的三维图像。脉冲激光测距及三维成像技术被广泛应用于目标识别、对地遥感观测、城市三维建模、机器人和无人车的避障、导航等领域。

然而，目前一般的激光雷达只有几百米的工作距离。当工作距离扩展到数公里时，由于漫反射的反射特性，反射光的光强会随传播距离以平方的形式衰减，同时由于大气散射的影响，激光光强将随着传播距离指数衰减。再考虑到光斑扩散等因素，远距离情形下能够收到的返回信号光子将会十分微弱，需要使用高功率的激光器作为光源，同时要求系统拥有极高的探测灵敏度，随着近些年单光子探测技术的发展，探测器的灵敏度的达到了单光子级别，极大地提升了激光雷达的探测能力，并拓展了它的适用范围。同时，单光子探测具有皮秒级的时间分辨能力，有效提高了激光雷达系统的距离分辨精度，近些年单光子激光雷达技术已成为了国际上众多科研单位及企业的研究热点。

然而，当距离继续拓展时，除了上述的问题外，噪声成为了激光雷达的远距离测距及三维成像的主要制约因素。环境噪声需要被严密的隔绝在测量光路外，但受到大气散射和本地光学器件反射的影响，仍会有大量的噪声光子通过测量光路进入探测器。当测量距离拓展到一定程度，由于激光在传播过程中的衰减，回波光信号将会被淹没在噪声中。尽管可以通过增加激光器的输出功率来提升回波光强，但是由于噪声的强度和激光功率成正比，信噪比仍然无法得到提高，信号难以被识别，所以远距离测距和三维成像仍然是一个极具挑战的技术难题，也是一个急需发展的重要技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种测距与主动三维成像系统，以期解决上述提及的技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

本公开提供一种测距装置，包括：

信号发生器；

激光器，用于在所述信号发生器发出的脉冲触发信号的触发下射出激光脉冲光；

光调制器，用于在所述信号发生器发出的调制信号的作用下对所述激光脉冲光进行特定时序的调制并阻隔噪声，形成调制激光脉冲光；

收发光路器，能够接收并将所述调制激光脉冲光处理为发射信号光子发出，所述发射信号光子照射待测目标之后反射形成返回信号光子，所述返回信号光子被所述收发光路器接收处理后再转出；

单光子探测器，用于在所述信号发生器发出的门控信号的作用下将接收的所述返回信号光子处理为计数探测信号；

时间测量模块，用于接收所述计数探测信号，并在所述信号发生器发出的固定周期信号的作用下测量所述发射信号光子和返回信号光子的飞行时间，进而得到与目标的距离。

在本公开实施例中，所述时间测量模块对所述返回信号光子达到的时刻进行测量，并与信号发生器产生的固定周期信号的上升沿时刻做差，得到发射光子的飞行时间；