一種非掃描激光成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非掃描激光成像領(lǐng)域，尤其涉及一種非掃描激光成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在非掃描激光成像技術(shù)領(lǐng)域，主要有基于相位法的非掃描激光成像、基于條紋管的非掃描激光成像，除此之外還有基于焦平面陣列的非掃描激光成像。
[0003]基于相位法的非掃描激光成像和基于條紋管的非掃描激光成像的成像原理相較于基于焦平面陣列的非掃描激光成像更復(fù)雜，這導(dǎo)致這兩種成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，集成小型化較難，同時所成圖像存在失真，分辨率不高。而基于焦平面陣列的非掃描激光成像技術(shù)，因其使用集成化程度很高的器件，使得整個成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積很小，同時其具有穿透一定遮蔽物的能力，成像分辨率高等特點，使得其在導(dǎo)彈精確制導(dǎo)、航天器交會對接、無人機偵察、直升機防撞等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用潛力。
[0004]目前，國內(nèi)對基于焦平面陣列的非掃描激光成像技術(shù)的研究還處在初始階段，現(xiàn)有的Aro陣列產(chǎn)品沒有集成讀出計時電路，當(dāng)前的處理辦法是利用FPGA延遲線插入法(也稱time to digital converter方法)實現(xiàn)對激光脈沖發(fā)射到接收時間間隔的測量，對APD陣列的16路像素單元同時計時，對FPGA處理器邏輯資源要求很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種非掃描激光成像系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中非掃描激光成像技術(shù)對FPGA處理器邏輯資源要求很高的問題，其技術(shù)方案如下:
[0006]一種非掃描激光成像系統(tǒng)，包括:激光發(fā)射模塊、光電探測陣列接收模塊、信號處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊；
[0007]所述激光發(fā)射模塊，用于發(fā)出固定重頻和脈寬的激光脈沖，并使所述激光脈沖覆蓋目標(biāo)區(qū)域；
[0008]所述光電探測陣列接收模塊，用于接收激光回波信號，對所述激光回波信號進(jìn)行放大，并將放大的激光回波信號發(fā)送往所述信號處理模塊，所述激光回波信號為所述激光脈沖照射到所述目標(biāo)區(qū)域后反射的信號；
[0009]所述信號處理模塊至少包括信號處理器和多個計時電路，所述多個計時電路與光電探測陣列像素一一對應(yīng)，并在所述激光發(fā)射模塊發(fā)出所述激光脈沖時，同步處于啟動狀態(tài)；
[0010]所述信號處理模塊，用于對所述放大的激光回波信號進(jìn)行再次放大，基于再次放大的信號利用所述多個計時電路獲得時間信息，利用所述信號處理器通過所述時間信息計算出距離信息，所述時間信息包括發(fā)射和接收所述激光脈沖的時間間隔；
[0011 ]所述數(shù)據(jù)顯示模塊，用于顯示所述距離信息。
[0012]其中，所述計時電路包括時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于記錄發(fā)射和接收所述激光脈沖的時刻。
[0013]其中，所述信號處理模塊還包括:主放大器和時刻鑒別電路；
[0014]所述主放大電路，用于對所述放大的激光回波信號進(jìn)行再次放大；
[0015]所述時刻鑒別電路，用于消除所述激光回波信號幅值變化造成的起止時刻的誤差。
[0016]其中，所述激光發(fā)射模塊包括:激光器、發(fā)射光學(xué)元件和驅(qū)動電路；
[0017]所述驅(qū)動電路，用于驅(qū)動所述激光器以使所述激光器處于工作狀態(tài)；
[0018]所述激光器，用于發(fā)出固定重頻和脈寬的激光脈沖；
[0019]所述發(fā)射光學(xué)元件，用于對所述激光脈沖進(jìn)行校準(zhǔn)并擴束，使得所述激光脈沖光束覆蓋所述目標(biāo)區(qū)域。
[0020]其中，所述光電探測陣列接收模塊包括:接收光學(xué)元件、光電探測陣列和前置放大器；
[0021]接收光學(xué)元件，用于接收激光回波信號并對所述激光回波信號進(jìn)行調(diào)整；
[0022]光電探測陣列，用于接收視場范圍內(nèi)的調(diào)整后的激光回波信號，并對接收的所述調(diào)整后的激光回波信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；
[0023]所述前置放大器，用于對所述光電探測陣列進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大。
[0024]其中。所述時刻鑒別電路為由延時電路、衰減電路和過零比較電路組成的恒比定時鑒別電路。
[0025]其中，所述衰減電路為低通濾波電路，所述過零比較電路為比較器AD8561。
[0026]其中，所述信號處理模塊中的所述信號處理器通過USB接口電路將所述距離信息傳輸?shù)剿鰯?shù)據(jù)顯示模塊進(jìn)行顯示。
[0027]其中，USB接口電路兼容USB2.0傳輸協(xié)議，所述USB接口電路為CY68013A芯片。
[0028]其中，所述計時電路為TDC-GP21芯片，所述信號處理器為EP2S60F484C4芯片。
[0029]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:
[0030]本發(fā)明提供的非掃描激光成像系統(tǒng)中，激光發(fā)射模塊發(fā)出固定重頻和脈寬的激光脈沖，并使激光脈沖覆蓋目標(biāo)區(qū)域，光電探測陣列接收模塊接收激光回
[0031]波信號，對激光回波信號進(jìn)行放大，信號處理模塊的多個計時電路與光電探測陣列像素一一對應(yīng)，并在激光發(fā)射模塊發(fā)出激光脈沖時同步啟動，信號處理模塊對放大的激光回波信號進(jìn)行再次放大，基于再次放大的信號利用多個計時電路獲得時間信息，利用信號處理器通過時間信息計算出距離信息。本發(fā)明提供的非掃描激光成像系統(tǒng)采用分立計時電路，實現(xiàn)了對各像素的并行單獨計時，計時精度較高，并且，對于信號處理器(FPGA處理器)而言，其不再需要完成計時職責(zé)，而只需控制整個電路即可，使得系統(tǒng)整體功耗降低。本發(fā)明提供的非掃描激光成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，硬件易于實現(xiàn)，且計時精度和可靠性較高，功耗較低。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明實施例提供的非掃描激光成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實施例提供的非掃描激光成像系統(tǒng)的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實施例提供的計時電路測量流程示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036]本發(fā)明實施例提供了一種非掃描激光成像系統(tǒng)，請參閱圖1，示出了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)可以包括激光發(fā)射模塊101、光電探測陣列接收模塊102、信號處理模塊103和數(shù)據(jù)顯示模塊104。其中:
[0037]激光發(fā)射模塊101，用于發(fā)出固定重頻和脈寬的激光脈沖，并使激光脈沖覆蓋目標(biāo)區(qū)域。
[0038]光電探測陣列接收模塊102，用于接收激光回波信號，對激光回波信號進(jìn)行放大，并將放大的激光回波信號發(fā)送往信號處理模塊103。
[0039]其中，激光回波信號為激光脈沖照射到目標(biāo)區(qū)域后反射的信號。
[0040]信號處理模塊103至少包括信號處理器和多個計時電路，多個計時電路與光電探測陣列像素對應(yīng)，并在激光發(fā)射模塊101發(fā)出所述激光脈沖時，同步處于啟動狀態(tài)。
[0041]信號處理模塊103，用于對放大的激光回波信號進(jìn)行再次放大，基于再次放大的信號利用多個計時電路獲得時間信息，利用信號處理器通過時間信息計算出距離信息。
[0042]其中，時間信息包括發(fā)射和接收激光脈沖的時間間隔。
[0043]數(shù)據(jù)顯示模塊104，用于顯示信號處理模塊103輸出的距離信息。
[0044]本發(fā)明實施例提供的非掃描激光成像系統(tǒng)中，激光發(fā)射模塊發(fā)出固定重頻和脈寬的激光脈沖，并使激光脈沖覆蓋目標(biāo)區(qū)域，光電探測陣列接收模塊接收激光回波信號，對激光回波信號進(jìn)行放大，信號處理模塊的多個計時電路與光電探測陣列像素一一對應(yīng)，并在激光發(fā)射模塊發(fā)出激光脈沖時同步啟動，信號處理模塊對放大的激光回波信號進(jìn)行再次放大，基于再次放大的信號利用多個計時電路獲得時間信息，利用信號處理器通過時間信息計算出距離信息。本發(fā)明提供的非掃描激光成像系統(tǒng)采用分立計時電路，實現(xiàn)了對各像素的并行單獨計時，計時精度較高，并且，對于信號處理器(FPGA處理器)而言，其不再需要完成計時職責(zé)，而只需控制整個電路即可，使得系統(tǒng)整體功耗降低。本發(fā)明提供的非掃描激光成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，硬件易于實現(xiàn)，且計時精度和可靠性較高，功耗較低。
[0045]請參閱圖2，示出了本發(fā)明提供的非掃描激光成像系統(tǒng)的一具體實例的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)可以包括:激光發(fā)射模塊201、光電探測陣列接收模塊202、信號處理模塊203和數(shù)據(jù)顯示模塊204。其中:
[0046]激光發(fā)射模塊201，用于發(fā)出固定重頻和脈寬的激光脈沖，并使激光脈沖覆蓋目標(biāo)區(qū)域。
[0047]具體的，激光發(fā)射模塊201可以包括:驅(qū)動電路2011、激光器2012和發(fā)射光學(xué)元件2013。其中，驅(qū)動電路2011，用于驅(qū)動激光器2012以使激光器2012處于工作狀態(tài)；激光器2012，用于發(fā)出固定重頻和脈寬的激光脈沖;發(fā)射光學(xué)元件2013，用于對激光器2012發(fā)出的激光脈沖進(jìn)行校準(zhǔn)并擴束，使得激光脈沖光束覆蓋目標(biāo)區(qū)域。
[0048]光電探測陣列接收模塊202，用于接收激光回波信號，對激光回波信號進(jìn)行放大，并將放大的激光回波信號發(fā)送往信號處理模塊203。其中，激光回波信號為激光脈沖照射到目標(biāo)區(qū)域后反射的信號。
[0049]具體的，光電探測陣列接收模塊202可以包括:接收光學(xué)元件2021、光電探測陣列2022和前置放大器2023。其中，接收光學(xué)元件2021，用于接收激光回波信號并對激光回波信號進(jìn)行調(diào)整;光電探測陣列2022，用于接收視場范圍內(nèi)的調(diào)整后的激光回波信號，并對接收的所述調(diào)整后的激光回波信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換;前置放大器2023，用于對光電探測陣列進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大。
[0050]在一種可能的