成像设备和方法技术

一种成像设备，具有3D热成像仪、信号处理器、激光器、光学扫描仪、控制器和双模阵列，双模阵列操作多个慢响应热探测器，以生成2D热图像作为信号处理器的输入。控制器按预定顺序操作双模阵列、激光器、光学扫描仪和热成像仪，以获取用于与信号处理器通信的距离数据，信号处理器将2D热图像与距离数据交错，以生成3D热成像。一种使用慢响应热探测器的方法，用于从目标返回的已发射激光脉冲中获取探测模拟信号，对探测信号进行异步采样，以便从中获取与探测信号的攀升部分和衰减部分相对应的两个时间事件序列。使用两个时间事件序列计算飞行时间和距离。和距离。和距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】成像设备和方法


[0001]本公开涉及一种3D相机和测距方法，具体涉及一种利用在光谱热区域工作的慢响应探测器的设备，用于执行热成像、测量距离，以及将距离与2D热图像交错，以从观看的景物中导出2D图像和3D成像数据。

技术介绍

[0002]成像设备或成像装置在本领域是众所周知的，并且广泛用于各种目的，如在测距领域，用于2D热成像，以及用于获取3D成像数据。现有先进装置的缺点是其结构要求高质量，因此信号探测器价格昂贵。另一缺点是需要使用制冷式热探测器，因为其成本高，可靠性低。另一缺点是，此类装置专用于特定用途。例如，一个测距仪测量距离，一个2D热成像仪区分温度，和一个3D成像仪获得3D成像。
[0003]因此，提供一种能够在单个设备中组合多个成像装置的设备将是有利的。例如，3D成像相机包括并融合了测距仪和2D热成像仪的特点，此外，通过使用非制冷式和慢响应探测器，它的价格也很便宜，但其结果与一流设备相当。
[0004]现有技术描述
[0005]下面获取的关于光电探测器中电荷载流子数量的变化作为对通量φe(t)入射光辐射的响应的等式，基于E.L.Dereniak和G.D.Boreman所著的《Infrared Detectors and Systems》一书，第5章，第5.6段，190
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192页，以下简称Dereniak。
[0006]与此相关的还有2020年1月23日MAIMON Shimon的WO2020/018600，其中叙述了用于感测物体的图像检测器，包括可选地感测天气现象；以及Margarit，Josep Maria等人的“A2kfps sub
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m W/Pix uncooled
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PbSe digital imager with 10bit DR adjustment and FPN correction for high
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speed and low
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cost MWIR applications.”IEEE Journal of Solid
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State Circuits 50.10(2015)：2394
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2405。

技术实现思路

[0007]本文所述实施例的目的是公开一种用于将距离测量与2D热图像相结合的3D成像的设备和实施该设备的方法。该设备包括信号处理器、激光装置、光学扫描仪和控制器。
[0008]根据示例性实施例，设备的特点是使用慢响应热探测器进行高距离分辨率的3D成像。慢响应探测器通常可用，且价格优惠。该设备将2D热图像与距离数据相结合，并从中创建3D热成像。
[0009]根据示例性实施例，该设备的另一特点是使用双模阵列BMDARR的慢响应热探测器THRDTC，该探测器可以产生标准热成像或异步像素采样以进行测距。双模阵列由控制器命令，并且包括多个慢响应热探测器。此外，双模阵列被设计用于通过使用每个慢响应热探测器产生2D热图像和精确的距离数据。阵列中每个慢响应热探测器收集的2D热图像和距离数据都被转发到信号处理器。
[0010]控制器进一步被配置为操作激光器、光学扫描仪和热成像仪的每个慢响应热探测
器。因此，控制器能够操作激光、光学扫描仪和热成像仪的热探测器，以从中获取距离数据。该距离数据通过使用像素采样电路收集，该像素采样电路专用于获取多对时间事件t1i和t2i。这些时间事件t1i和t2i对是从与信号处理器通信的采样到的探测信号DS中获取的。
[0011]最后，信号处理器被配置为计算距离，其精度远远高于阵列中慢响应热探测器的响应时间的精度。信号处理器能够将2D热图像与距离数据隔行扫描，以生成将距离数据与2D热图像相结合的3D热成像。
[0012]值得注意的是，双模阵列包括多个慢响应热探测器，并且这些热探测器中的每个热探测器都在2D热图像和3D图像中产生一个像素。
[0013]此外，提供了一种用于构造和实施将距离测量与2D热图像相结合的3D成像设备的方法。该设备包括3D热成像仪、信号处理器、激光器、光学扫描仪和控制器。该设备使用慢响应热检测器THRDTC，用于从探测到的模拟信号导出数据。模拟信号可能是对从目标返回的发射激光脉冲LP的响应。该设备被配置为异步采样探测到的信号并从中获取数据。此类获取的数据可能包括两个时间事件序列，分别标记为t1i和t2i。
[0014]该设备进一步被配置为通过使用数学等式从数据中获取时间长度Tbg，等于飞行时间TOF。这些等式包括等式3、以及等式4.1至4.3中的一个。此后，通过使用等式5计算到达目标TRGT的距离R。
[0015]技术问题
[0016]一个问题涉及用于使用慢响应探测器装置的测距的设备的实施方式，其中慢响应意味着：在光谱热区域中使用具有相对慢时间响应的冷却或非制冷式热探测器。慢时间响应意味着相对于距离测量的所需时间相关分辨率较慢，但仍然可以作为精确到所需距离测量分辨率的测距仪。光谱的热区域限定为从2μm到14μm的光学波长距离。
[0017]另一问题是如何在设备APP中集成观看景物的3D成像和2D热图像，以便获得整个景物或其选定部分的3D热图像。2D表示二维，3D表示三维。
[0018]图A说明了常用测距装置的工作原理。普通测距仪测量飞行时间TOF，即激光装置LSR向目标TRGT发射激光脉冲LP，击中目标TRGT并从中返回到光电探测器DTCT(或简称探测器DTCT)所需的时间。然后，可通过将获取的飞行时间TOF的一半乘以光速来计算距离R。
[0019]显然，距离测量的精度取决于飞行时间TOF测量的精度。
[0020]为此，这些常见的精确测距仪需要两种探测器：一种是时间常数τ小于所需时间分辨率dt的快响应探测器，取决于距离测量的分辨率；另一种是脉冲宽度PW较窄的激光脉冲FP，如图B所示，与时间常数τ的时间量级相同。
[0021]图B描述了向目标TRGT发射并从其返回的短激光脉冲FP的时间序列，以及由作为常用距离测量装置操作的快响应光电探测器DTCT从激光器脉冲FP获取的探测到的模拟信号DS。飞行时间TOF也如图B所示。
[0022]通常用于获取目标TRGT与测距仪之间的距离的等式为
[0023]R＝c*TOF/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(等式1)，
[0024]其中R是距离，c是光速，TOF/2是飞行时间TOF除以2，因为从发射激光脉冲的时间到开始产生探测器信号DS的时间等于光双向传播到目标TRGT和返回到探测器DTCT的时间。
[0025]例如，要获得5m的测距精度测量值，所需的时间分辨率dt将是光来回传播5m的时间，约为33ns。因此，需要时间常数τ小于1ns的慢响应探测器DTCT来测量具有这种精度的距
离R。由于许多慢响应探测器DTCT，特别是慢响应热探测器THRDTC的时间常数τ从几μs到几ms不等，如果这些慢响应探测器DTCT能够实现相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种成像设备APP，包括3D热成像仪C1、信号处理器SGNPRC、激光器LSR、光学扫描仪OPTSCN和控制器CNTRL，所述设备APP的特征在于：双模阵列BMDARR，以i)标准热成像和ii)异步像素采样进行测距中的一者执行，并且由所述控制器CNTRL命令，其中，所述双模阵列BMDARR包括多个慢响应热探测器THRDTC，并被配置为通过使用所述慢响应热探测器THRDTC生成2D热图像和精确距离数据，并且其中，所述2D热图像和所述距离数据被转发给所述信号处理器SGNPRC，其中，所述控制器CNTRL进一步被配置为操作所述激光器LSR、所述光学扫描仪OPTSCN和所述热成像仪C1，以通过使用像素采样电路PXSMP来获取所述距离数据，所述像素采样电路被配置为从传送到所述信号处理器SGNPRC的采样到的探测信号DS获取多对时间事件t1i和时间事件t2i，以及所述信号处理器SGNPRC被配置为以高于探测器时间响应对应和相关精度的精度来计算所述距离，并将所述2D热图像与所述距离数据交错，以生成3D热图像。2.根据权利要求1所述的设备APP，其中，所述双模阵列BMDARR包括所述多个慢响应热探测器THRDTC，所述多个慢响应热探测器THRDTC中的每一个在所述2D热图像和3D图像中产生一个像素。3.根据权利要求2所述的设备APP，其中，所述像素采样电路PXSMP被配置为：对采样到的所述探测信号DS的攀升部分ta和衰减部分td进行异步采样，以恒定和等跨度的间隔INTVL的顺序步长并在连续的振幅电平AMPLVLi处获取两个时间事件对，传送标志信号R/F，以指示每个时间事件属于两个时间事件t1i和t2i中的哪一个，以及在时钟采样信号CLKSMP传送后，将包含所述时间事件t1i和所述时间事件t2i的对和所述标志信号R/F的数据文件TMFL存储在临时存储器INTMM中。4.根据权利要求3所述的设备APP，其中：每对所述时间事件t1i和时间事件t2i包括第一索引指示为1的第一时间事件t1i和所述第一索引指示为2的第二时间事件t2i，索引1和索引2与所述标志信号R/F相关，每个时间事件t1i和时间事件t2i由第二索引i标识，其中，所述第二索引i与振幅电平AMPLVLi相关，所述时间事件t1i保存在具有两侧的过渡点TRPNT的第一侧的时间文件TMFL中，并且所述时间事件t2i存储在所述过渡点TRPNT的第二侧，以及具有较低数值索引i的时间事件靠近于所述过渡点TRPNT存储。5.根据权利要求1所述的设备APP，其中，所述热探测器THRDTC是非制冷式探测器和制冷式探测器中的一者。6.一种用于实施成像设备APP的方法，所述成像设备APP包括3D热成像仪C1、信号处理器SGNPRC、激光器LSR、光学扫描仪OPTSCN和控制器CNTRL，所述方法的特征在于：使用慢响应热探测器THRDCT，以从目标TRGT返回的已发射的激光脉冲LP中获取探测到的模拟信号DS，异步采样探测信号DS，以从所述探测信号DS中获取分别为t1i和t2i的两个时间事件序列，通过使用以下一者获取时间Tbg：
Tbg＝
‑
τ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿米特，
申请(专利权)人：特维齐奥三D有限公司，
类型：发明
国别省市：