全景单光子激光雷达系统及目标成像方法技术方案

本申请涉及一种全景单光子激光雷达系统，包括：激光发射组件，用于向目标区域发射脉冲激光；激光接收组件，用于收集目标区域反射的回波光子；全景扫描组件，用于控制激光发射组件和激光接收组件的角度变化以实现目标区域的全景扫描；扫描控制组件，用于根据目标的类型控制角度变化；以及探测组件，用于接收回波光子，并根据回波光子得到目标的三维点云图。本申请的全景单光子激光雷达系统至少具有以下有益技术效果之一：基于全景扫描组件和扫描控制组件，根据目标的类型不同控制全景扫描组件的角度变化，实现不同类型目标的全景扫描，极大提升了目标成像过程的灵活性和适用性。极大提升了目标成像过程的灵活性和适用性。极大提升了目标成像过程的灵活性和适用性。

【技术实现步骤摘要】
全景单光子激光雷达系统及目标成像方法


[0001]本申请涉及激光雷达领域，具体地，涉及一种全景单光子激光雷达系统及目标成像方法。

技术介绍

[0002]激光雷达系统主要基于阵列探测器，近年来，盖革雪崩单光子阵列探测器由于具有单光子量级灵敏度，单位能量的探测效率得到大幅提升，在激光雷达系统中应用广泛；然而受限于半导体的制造工艺，目前的SPAD(Single Photon Avalanche Diode)阵列探测器具有较小的阵列尺寸，其阵列填充因子小于5％，制约了激光雷达系统的视场大小，无法实现全景扫描成像，并且雷达系统成像质量较差且空间分辨率较低。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提出了一种全景单光子激光雷达系统，根据目标的类型不同控制全景扫描组件的角度变化，实现不同类型目标的全景扫描。
[0004]在下文中将给出关于本申请的简要概述，以便提供关于本申请的某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本申请的穷举性概述。它并不是意图确定本申请的关键或重要部分，也不是意图限定本申请的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0005]根据本申请的第一方面，提供一种全景单光子激光雷达系统，包括：
[0006]激光发射组件，用于向目标区域发射脉冲激光；
[0007]激光接收组件，用于收集目标区域反射的回波光子；
[0008]全景扫描组件，用于控制激光发射组件和激光接收组件的角度变化以实现目标区域的全景扫描；
>[0009]扫描控制组件，用于根据目标的类型控制角度变化；以及
[0010]探测组件，用于接收回波光子，并根据回波光子得到目标的三维点云图。
[0011]在一个实施例中，激光接收组件包括沿回波光子的传输方向依次连接的望远镜、光纤传输束和后继耦接光学系统。
[0012]在一个实施例中，光纤传输束的各像元与探测组件的各像元一一对应。
[0013]在一个实施例中，光纤传输束的入端面位于望远镜的像方焦平面处，光纤传输束的出端面位于后继耦接光学系统的物方焦平面处，探测组件位于后继耦合光学系统的像方焦平面处。
[0014]在一个实施例中，全景扫描组件用于控制激光发射组件和激光接收组件实现俯仰角度0
°
～180
°
和水平角度0
°
～360
°
范围内的角度变化。
[0015]在一个实施例中，探测组件为阵列探测器，根据回波光子得到目标的三维点云图，包括：
[0016]确定阵列探测器的光子采集总帧数；
[0017]根据回波光子确定阵列探测器单帧采集过程中每个像元的单帧光子飞行时间；
[0018]根据单帧光子飞行时间和光子采集总帧数获得每个像元对应的累计直方图，累计直方图用于标识单帧光子飞行时间与光子采集累计帧数的关系；
[0019]根据累计直方图得到每个像元的最终光子飞行时间；
[0020]根据每个像元的最终光子飞行时间确定每个像元的目标距离信息；
[0021]根据每个像元的目标距离信息得到目标的三维点云图。
[0022]在一个实施例中，用于根据目标的类型控制角度变化，包括：
[0023]若目标为静止目标，则确定第一扫描区域；
[0024]按照第一设定转动角度值和第一子视场凝视时间控制角度变化以扫描第一扫描区域，得到静止目标的最终的三维点云图；
[0025]若目标为动态目标，则确定第二扫描区域；
[0026]按照第二设定转动角度值和第二子视场凝视时间控制角度变化以扫描第二扫描区域，得到动态目标的初步的三维点云图；
[0027]根据目标的初步的三维点云图确定第三扫描区域；
[0028]按照第三设定转动角度值和第三子视场凝视时间控制角度变化以扫描第三扫描区域，得到动态目标的最终的三维点云图。
[0029]本申请的第二方面，提供一种目标成像方法，包括：
[0030]向目标区域发射脉冲激光；
[0031]收集目标区域反射的回波光子；
[0032]控制发射脉冲激光和收集回波光子的角度变化以实现目标区域的全景扫描；
[0033]根据目标的类型控制角度变化；以及
[0034]接收回波光子，并根据回波光子得到目标的三维点云图。
[0035]在一个实施例中，根据回波光子得到目标的三维点云图，包括：
[0036]确定回波光子的光子采集总帧数；
[0037]根据回波光子确定单帧采集过程中每个像元的单帧光子飞行时间；
[0038]根据单帧光子飞行时间和光子采集总帧数获得每个像元对应的累计直方图，累计直方图用于标识单帧光子飞行时间与光子采集累计帧数的关系；
[0039]根据累计直方图得到每个像元的最终光子飞行时间；
[0040]根据每个像元的最终光子飞行时间确定每个像元的目标距离信息；
[0041]根据每个像元的目标距离信息得到目标的三维点云图。
[0042]在一个实施例中，用于根据目标的类型控制角度变化，包括：
[0043]若目标为静止目标，则确定第一扫描区域；
[0044]按照第一设定转动角度值和第一子视场凝视时间控制角度变化以扫描第一扫描区域，得到静止目标的最终的三维点云图；
[0045]若目标为动态目标，则确定第二扫描区域；
[0046]按照第二设定转动角度值和第二子视场凝视时间控制角度变化以扫描第二扫描区域，得到动态目标的初步的三维点云图；
[0047]根据目标的初步的三维点云图确定第三扫描区域；
[0048]按照第三设定转动角度值和第三子视场凝视时间控制角度变化以扫描第三扫描
区域，得到动态目标的最终的三维点云图。
[0049]本申请的技术方案至少具有以下技术效果之一：本申请的全景单光子激光雷达系统基于全景扫描组件和扫描控制组件，根据目标的类型不同控制全景扫描组件的角度变化，实现不同类型目标的全景扫描，可同时实现远距离静态目标的全景三维建模和远距离动态目标的的识别及跟踪，极大提升了目标成像过程的灵活性和适用性。
附图说明
[0050]本申请可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：
[0051]图1示出了根据本申请实施例的全景单光子激光雷达系统的结构框图；
[0052]图2示出了根据本申请实施例的激光光束的发射角与系统接收视场角的关系示意图；
[0053]图3示出了根据本申请实施例的阵列探测器成像的效果图；
[0054]图4示出了根据本申请实施例的单帧光子飞行时间与光子采集累计帧数的关系的累计直方图；
[0055]图5示出了根据本申请实施例的目标成像方法的流程示意图。
具体实施方式
[0056]在下文中将结合附图对本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全景单光子激光雷达系统，包括：激光发射组件，用于向目标区域发射脉冲激光；激光接收组件，用于收集所述目标区域反射的回波光子；全景扫描组件，用于控制所述激光发射组件和所述激光接收组件的角度变化以实现所述目标区域的全景扫描；扫描控制组件，用于根据目标的类型控制所述角度变化；以及探测组件，用于接收所述回波光子，并根据所述回波光子得到所述目标的三维点云图。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述激光接收组件包括沿所述回波光子的传输方向依次连接的望远镜、光纤传输束和后继耦接光学系统。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述光纤传输束的各像元与所述探测组件的各像元一一对应。4.如权利要求2所述的系统，其中，所述光纤传输束的入端面位于所述望远镜的像方焦平面处，所述光纤传输束的出端面位于所述后继耦接光学系统的物方焦平面处，所述探测组件位于所述后继耦合光学系统的像方焦平面处。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述全景扫描组件用于控制所述激光发射组件和所述激光接收组件实现俯仰角度0
°
～180
°
和水平角度0
°
～360
°
范围内的角度变化。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述探测组件为阵列探测器，所述根据所述回波光子得到所述目标的三维点云图，包括：确定所述阵列探测器的光子采集总帧数；根据所述回波光子确定所述阵列探测器单帧采集过程中每个像元的单帧光子飞行时间；根据所述单帧光子飞行时间和所述光子采集总帧数获得所述每个像元对应的累计直方图，所述累计直方图用于标识所述单帧光子飞行时间与光子采集累计帧数的关系；根据所述累计直方图得到所述每个像元的最终光子飞行时间；根据所述每个像元的最终光子飞行时间确定所述每个像元的目标距离信息；根据所述每个像元的目标距离信息得到所述目标的三维点云图。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述用于根据目标的类型控制所述角度变化，包括：若所述目标为静止目标，则确定第一扫描区域；按照第一设定转动角度值和第一子视场凝视时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓强，郭珩硕，余立冬，王迪，高贵龙，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：