[发明专利]探测模块远离光源的远距离目标三维高精度激光扫描系统

说明书

本发明公开了一种探测模块远离光源的远距离目标三维高精度激光扫描系统，其特征在于，系统探测模块与激光光源模块分离设计，能够测量远距离目标并保持较高的测量精度；系统包括激光光源模块、信息控制模块和探测模块，激光光源模块包括高功率红外激光器、振镜单元和二维旋转云台，点光源通过连续运动的振镜反射形成线激光，通过二维旋转云台对激光角度进行连续调整，在远距离处实现扫描；探测模块包括一个望远镜和一个红外面阵列探测器，使用基于交线的成像原理，倾斜放置探测器以获取较大的景深范围，使激光所在平面清晰成像；信息控制模块为一台计算机，控制激光光源模块中的运动单元，提供两模块间的通讯，并实现数据的采集与处理。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种探测模块远离光源的远距离目标三维高精度激光扫描系统。

背景技术

三维探测技术在自动化生产、质量控制、机器人视觉、逆向工程以及生物医学工程等方面的应用日益重要，在过去的十几年里三维探测技术已经取得了巨大的发展，针对不同应用场景具有不同的测量方法比如飞行时间法，立体视觉、结构光等，如今随着现代检测技术的进步，特别是随着激光技术、计算机技术以及图像处理技术等高新技术的不断发展，为三维测量技术提供了更多可行方案与应用前景，成为人们的研究重点；基于光学的三维测量因其非接触、破坏性小、速度快、精度高等优点广泛应用于机械、航空航天、汽车等领域。针对远距离三维激光扫描，如在关键通航港口重点水域岸边部署以便监视走私船只等，传统的方法使用脉冲激光雷达解决，是一种利用时间调制的测量方法，其系统的探测部分需要有较高的时间分辨率来换取距离测量精度，因此通常成本较高。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种探测模块远离光源的远距离目标三维高精度激光扫描系统。

一种探测模块远离光源的远距离目标三维高精度激光扫描系统，包括激光光源模块、探测模块和信息控制系统；激光光源模块中的高功率红外激光器发射点光源激光光束，在光束路径上存在待测物体的散射光经过探测模块的望远镜进行收集，成像于红外面阵列探测器上，探测器将数据传输到信息控制模块中的计算机，转换为数字信号后，通过标定数据计算得到散射光的位置信息，完成待测物体表面单点距离探测，通过激光光源模块中的二维旋转云台旋转扫描的方式获取整个物体的三维表面轮廓数据信息。

所述的激光光源模块包括高功率红外激光器、振镜单元和二维旋转云台；

所述振镜单元通过快速振动连续改变激光反射的角度，使点激光快速运动形成光刀平面；

所述二维旋转云台通过连续转动一个小角度，实现激光在远距离处的扫描。

所述的探测模块包括望远镜和红外面阵列探测器；

所述的望远镜集成了成像透镜组和红外窄带滤波片，所述成像透镜组用于收集远距离传播回来的散射光信号，所述红外窄带滤波片用于获取包含物体距离信息的红外光信号；

所述红外线面阵列探测器用于收集光信号，将其转化为电信号传输入信息控制模块；所述探测器为满足基于交线的成像原理，需要倾斜于光轴放置；

所述信息控制模块为计算机；

所述计算机用于设置振镜转动参数、控制位移云台扫描过程，并接收红外面阵列探测器传输的电信号，转化为数字信号后计算得到物体的距离信息。

本发明的有益效果：本发明公开了一种探测模块远离光源的远距离目标三维高精度激光扫描系统，系统将光源模块与探测模块分离并远离布放，能够实现远距离较高精度的距离信息探测和三维形貌测量，设计特殊光路结构使物体散射光信号成像清晰，克服远距离探测成本高、精度低的问题，在远距离物体探测、表面形貌恢复等方面有巨大的应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，图1是基于交线的成像模型示意图，如图所示的成像结构中，物平面、像平面和透镜平面三者交与一条直线且像平面能够对物平面清晰对焦；图2是一种探测模块远离光源的远距离目标三维高精度激光扫描系统的结构示意图。