CN102253394A - 一种多光谱条纹管激光雷达三维成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多光谱条纹管激光雷达三维成像装置，属于光电成像技术领域。包括多波长激光器、扩束棱镜、接收望远镜、衍射光栅分光镜、凸透镜、滤光片、条纹管、耦合光锥和CCD相机；多波长激光器发射的混合多波长激光束，通过扩束棱镜后射向目标并被反射，经接收望远镜接收汇聚至衍射光栅分光镜，然后通过凸透镜聚焦于滤光片上，通过狭缝轰击条纹管的光电阴极产生多束电子束，多束电子束轰击条纹管内部的荧光屏，多光谱条纹图像通过耦合光锥耦合成像在CCD相机上。本发明将多光谱探测技术融入到条纹管激光雷达成像装置中，提高了目标成像的准确性和信息的丰富性，特定波长能够探测微弱信号，拓展了条纹管激光雷达成像探测装置的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种多光谱条纹管激光雷达三维成像装置，属于光电成像技术领域。
背景技术
一般的被动目标探测系统只能获取目标的灰度信息，难以满足未来战争中对于伪装目标的探测或者目标距离信息的识别。激光雷达三维成像技术是近些年国际上的研究热点，它是激光技术和雷达技术相结合的产物，在军事，航天等领域有着广阔的发展前景。它不仅回答了探测目标的有无，远近问题，还解决了目标是什么，怎么样的问题，传统的扫描式激光成像雷达系统不但因为多出了机械扫描机构损失了便携性，而且因为需要扫描成像，帧频非常低；基于APD阵列的激光雷达成像系统由于成像原理每个像单元后面都要附加单独的测距电路，工艺非常复杂，且分辨率也不会做得太高。而基于条纹管的多狭缝成像激光雷达则有着非扫描，视场角大，成像帧频高等优点，能够获得目标的强度像及距离像，是最有希望实用化的激光雷达的一种。
多光谱成像技术不同于传统的单一宽波段成像技术，它将成像技术和光谱测量技术结合在一起，获取的信息不仅包括二维空间信息，还包含随波长分布的光谱辐射信息，形成所谓的“数据立方体”，丰富的目标光谱信息结合目标空间影像极大地提高了目标探测的准确性、扩展了传统探测技术的功能，是光电探测技术的一个质的飞跃。该技术最大的特点就是能够将工作光谱区精细划分为多个谱段，并同时在各谱段对目标场景成像探测。由于绝大多数物质都有其独特的辐射、反射或吸收光谱特征，因此根据探测器上探测到的目标物光谱分布特征，可以准确地分辨像素所对应的目标成分。将多光谱探测技术融入到激光雷达成像系统中，可以获得丰富的目标光谱信息，结合目标的每种光谱的强度像和距离像，弥补不同光谱对于目标成像特性或传输特性不足造成的成像缺陷，极大地提高了目标成像的准确性，信息的丰富性，扩展了原有单波长条纹管激光探测技术的功能，使得条纹管激光雷达成像体制有着更好的前景。
发明内容
本发明的目的是为了解决单波长探测系统对于特定环境或者目标成像信号微弱，传感器难以探测到的问题，提出一种多光谱条纹管激光雷达三维成像装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种多光谱条纹管激光雷达三维成像装置，该装置包括多波长激光器、扩束棱镜、接收望远镜、衍射光栅分光镜、凸透镜、滤光片、条纹管、耦合光锥和CCD相机；
所述的多波长激光器发射混合多波长激光束；
所述的条纹管阴极附有多条狭缝，每条狭缝前都耦合一个特定波长的滤光片，多条狭缝装配的位置与相应滤光片的特定波长通过衍射光栅分光镜后落在相应滤光片上的位置相同；
工作过程为：多波长激光器发射混合多波长激光束，混合多波长激光束通过扩束棱镜后射向目标并被目标反射，经目标反射后的混合多波长激光束经接收望远镜接收并汇聚至衍射光栅分光镜，衍射光栅分光镜将接收到的混合多波长激光束分光后形成不同波长的回波激光束，不同波长的回波激光束通过凸透镜聚焦于条纹管阴极狭缝前面的滤光片上，不同波长的回波激光束经滤光片滤光后通过狭缝轰击条纹管的光电阴极并产生多束电子束，多束电子束通过条纹管内部的高压扫描电路加速偏转轰击条纹管内部的荧光屏，并在荧光屏不同区域内形成多光谱条纹图像，所形成的荧光屏多光谱条纹图像通过耦合光锥耦合成像在CCD相机上，由CCD相机得到的每条条纹图像都可以独立的获得不同波长对于目标探测的强度像以及距离像，融合多条条纹图像，发挥特定波长对目标某一探测特性的优势，结合探测原理，可以重构出准确的，信息丰富的目标的三维图像。
有益效果
本发明将多光谱探测技术融入到条纹管激光雷达成像装置中，能够弥补单光谱对于目标成像特性或传输特性不足造成的成像缺陷，提高了目标成像的准确性和信息的丰富性，特定波长能够探测微弱信号，拓展了条纹管激光雷达成像探测装置的应用范围。
附图说明
图1为实施例中多光谱条纹管激光雷达三维成像装置结构示意图；
其中，1-多波长激光器，2-扩束棱镜，3-接收望远镜，4-衍射光栅分光镜，5-凸透镜，6-第一滤光片，7-第二滤光片，8-第三滤光片，9-条纹管，10-耦合光锥，11-CCD相机，目标12。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
一种多光谱条纹管激光雷达三维成像装置，如图1所示，该装置包括多波长激光器1、扩束棱镜2、接收望远镜3、衍射光栅分光镜4、凸透镜5、第一滤光片6、第二滤光片7、第三滤光片8、条纹管9、耦合光锥10、CCD相机11和目标12；
所述的多波长激光器1为Nd:YAG多波长激光器，发射三种波长的混合激光束，波长分别为1064nm、532nm和355nm；
所述的条纹管9阴极附有第一条狭缝、第二条狭缝和第三条狭缝，第一条狭缝前耦合第一滤光片6、第二条狭缝前耦合第二滤光片7以及第三条狭缝前耦合第三滤光片8，调整三条狭缝装配的位置与多波长激光器1发射的三种波长通过衍射光栅分光镜4后落在相应滤光片上的位置相同；
工作过程为：多波长激光器1发射三种波长的混合激光束，三种波长的混合激光束通过扩束棱镜2后射向目标12并被目标12反射，经目标12反射后的三种波长的混合激光束经接收望远镜3接收并汇聚至衍射光栅分光镜4，衍射光栅分光镜4将接收到的三种波长的混合激光束分光成三种不同波长的回波激光束，三种不同波长的回波激光束通过凸透镜5聚焦于条纹管9阴极三条狭缝前面的第一滤光片6、第二滤光片7和第三滤光片8上，三种不同波长的回波激光束分别经第一滤光片6、第二滤光片7和第三滤光片8滤光后通过狭缝轰击条纹管9的光电阴极并产生三束电子束，三束电子束通过条纹管9内部的高压扫描电路加速偏转轰击条纹管9内部的荧光屏，并在荧光屏不同区域内形成三条光谱条纹图像，所形成的荧光屏光谱图像通过耦合光锥10耦合成像在CCD相机11上，由CCD相机11得到的每条条纹图像都可以独立的获得三种波长对于目标探测的强度像以及距离像，融合三条条纹图像，发挥1064nm波长大气传输特性好，355nm波长信噪比高，532nm波长适合水下探测的优势，结合工作原理，可以重构出准确的，信息丰富的目标的三维图像。
工作原理：
目标12反射回的三种波长的混合激光束λ1、λ2和λ3进入衍射光栅分光镜4，衍射光栅分光镜4是一种色散元件，能把复色光中不同的波长成分在空间分开而形成光谱，其光栅分光原理为dsinθ＝kλ，d为光栅常数，θ为衍射角，k为不同的衍射级，可知，三种不同波长的同一级(k级相同)主极大出现在不同方位，这样不同波长的主极大彼此分开，达到分光的目的。
调整狭缝的位置，使三种通过分光后的不同波长的光束分别进入对应波长的第一滤光片6，第二滤光片7和第三滤光片8，三条分别轰击条纹管9的光电阴极激发光电子束，通过条纹管9内部的线性变化的高速电压的扫描，不同波长的光电子成像在条纹管9荧光屏不同的区域内，每个区域都是一单狭缝条纹图像，其强度像与距离像的重构方法与单狭缝条纹管激光成像雷达系统的重构方法类似，设三条条纹图像重构出的强度像与距离像分别为Mλ1，Nλ1，Mλ2，Nλ2，Mλ3，Nλ3。综合重构出的单波长的强度像与距离像并进行分析，便可以得到准确的，信息丰富的目标三维图像Mtarget(Mλ1，Nλ1，Mλ2，Nλ2，Mλ3，Nλ3)。
Claims (1)
1.一种多光谱条纹管激光雷达三维成像装置，其特征在于：该装置包括多波长激光器(1)、扩束棱镜(2)、接收望远镜(3)、衍射光栅分光镜(4)、凸透镜(5)、滤光片、条纹管(9)、耦合光锥(10)和CCD相机(11)；
所述的多波长激光器(1)发射混合多波长激光束；
所述的条纹管(9)阴极附有多条狭缝，每条狭缝前都耦合一个特定波长的滤光片，多条狭缝装配的位置与相应滤光片的特定波长通过衍射光栅分光镜(4)后落在相应滤光片上的位置相同；
多波长激光器(1)发射混合多波长激光束，混合多波长激光束通过扩束棱镜(2)后射向目标并被目标反射，经目标反射后的混合多波长激光束经接收望远镜(3)接收并汇聚至衍射光栅分光镜(4)，衍射光栅分光镜(4)将接收到的混合多波长激光束分光后形成不同波长的回波激光束，不同波长的回波激光束通过凸透镜(5)聚焦于条纹管(9)阴极狭缝前面的滤光片上，不同波长的回波激光束经滤光片滤光后通过狭缝轰击条纹管(9)的光电阴极并产生多束电子束，多束电子束通过条纹管(9)内部的高压扫描电路加速偏转轰击条纹管(9)内部的荧光屏，并在荧光屏不同区域内形成多光谱条纹图像，所形成的荧光屏多光谱条纹图像通过耦合光锥(10)耦合成像在CCD相机(11)上。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121024 Termination date: 20130421 |