CN104181547B - 一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维激光成像技术，尤其涉及一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统及成像方法，包括通过计算机输出控制信号控制激光器发射激光，激光经扫描镜扫描照射到目标，并被反射回来，被光电探测器接收，光电探测器接收到激光信号后产生电脉冲信号，电脉冲信号经时刻鉴别后，生成时刻脉冲信号，时刻脉冲信号输入到GP2测时模块中，计算机分别读取GP2测时模块所测量的时间差计算得到被测目标不同位置的距离值，该装置结构简单不需要测量扫描镜偏转角即可得到测量待测区域中不同位置的坐标值即能绘制出被测目标的三维图像。

Description

一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统及成像方法

技术领域

本发明涉及一种三维激光成像技术，尤其涉及一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统及成像方法。

背景技术

随着科学技术与人类社会的不断进步，人们对目标距离的测量提出了越来越高的要求，特别是高速飞行器，地形测绘，数字城市等应用都需要高精度的距离测量技术。激光三维成像技术是目前的一种比较先进，精度较高的距离测量技术。现有的三维激光成像技术通常包含仅包含有一个激光探测装置，通过测量目标的距离和扫描机构的转角，从而获得目标的三维轮廓信息，但是，为了提高三维激光成像的速度，激光扫描装置的扫描速度越来越快，高速、高精度的获取扫描镜转角信息难度很大，在这种情况下，设计一种不需要测量扫描镜转角信息的三维激光成像技术具有非常广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供一种不需要测量扫描镜偏转角的基于阵列探测单元的三维激光成像技术。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

本发明的基于阵列探测单元的三维激光成像系统包括：包括与计算机相连接的激光器，在激光器的激光光轴上设置有通过扫描镜驱动模块与计算机连接的扫描镜，所述的扫描镜将接收到的激光光束反射给位于扫描镜反射光路上的被测目标，在被测目标的反射光路上设置有N组用于接受被测目标反射激光的光电探测器，每组光电探测器的输出端连接有测时模块；

所述的测时模块包括N组恒比定时模块以及M路GP2测时模块；相邻两组恒比定时模块的输出端与对应的GP2测时模块的输入端相连，GP2测时模块的输出端与计算机相连，其中M＝N‐1，N≥4。

所述的激光器为脉冲激光器。

所述的光电探测器为APD光电探测器。

所述的N组光电探测器分别对应安装在N个探测器支架上，且N个探测器支架的一端均与固定板相连,每组光电探测器距相应的探测器支架端点的距离均相等，且探测器支架与固定板支架夹角为α。

所述的恒比定时模块包括第一路恒比定时模块、第二路恒比定时模块、第三路恒比定时模块、第四路恒比定时模块···以及第N路恒比定时模块；

所述的GP2测时模块包括第一个GP2测时模块、第二个GP2测时模块(8‐2)、第三个GP2测时模块···以及第M个GP2测时模块；

其中，第一路恒比定时模块的输出端、第二路恒比定时模块的输出端与第一个GP2测时模块相连，第二路恒比定时模块的输出端、第三路恒比定时模块的输出端与第二个GP2测时模块相连，第三路恒比定时模块的输出端、第四路恒比定时模块的输出端与第三个GP2测时模块相连，第n‐1路恒比定时模块、第n路恒比定时模块的输出端与第m个GP2测时模块相连,其中，n∈N,m∈M,m＝n‐1。

所述的N＝4，M＝3。

本发明的基于阵列探测单元的三维激光成像系统的成像方法，包括以下步骤：

1)、计算机输出控制信号控制激光器发射激光，并通过控制扫描镜驱动模块不断驱动扫描镜转动，将激光器发射的激光经扫描镜反射到被测目标的不同位置，激光经被测目标后被反射回来，经被测目标反射回来的激光被4组光电探测器接收；

2)、4组光电探测器接收到激光信号后分别产生4路电脉冲信号，4路电脉冲信号经第一路恒比定时模块、第二路恒比定时模块、第三路恒比定时模块以及第四路恒比定时模块鉴别后生成4路时刻脉冲信号；

3)、4路时刻脉冲信号中的第1路和第2路时刻脉冲信号输入到第一个GP2测时模块中，第2路和第3路时刻脉冲信号输入到第二个GP2测时模块中，第3路和第4路时刻脉冲信号输入到第三个GP2测时模块中，设发射激光到达4个光电探测器的时间分别为t₁,t₂,t₃,t₄，通过测时模块得到发射激光到达4个光电探测器的时间，则各光电探测器的时间差为：

Δ₁₂＝t₁-t₂ (1)

Δ₂₃＝t₂-t₃ (2)

Δ₃₄＝t₃-t₄ (3)；

4)、设被测目标上一点D(x,y,z)，以4个光电探测器的中心为坐标原点建立空间坐标系O-xyz，光电探测器与中心点O的距离为d，探测器支架与o-xy平面间的夹角为α，通过计算机分别读取3个GP2测时模块所测量的激光到达各光电探测器之间的时间差，根据公式求得被测目标上一点到各个光电探测器的距离之差，有：

$\sqrt{{(x-d\cos \mathrm{\α})}^2+y^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}-\sqrt{x^2+{(y-d\cos \mathrm{\α})}^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}={\mathrm{c\Δ}}_{12}---\left(4\right)$

$\sqrt{x^2+{(y-d\cos \mathrm{\α})}^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}-\sqrt{{(x+d\cos \mathrm{\α})}^2+y^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}={\mathrm{c\Δ}}_{23}---\left(5\right)$

$\sqrt{{(x+d\cos \mathrm{\α})}^2+y^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}-\sqrt{x^2+{(y+d\cos \mathrm{\α})}^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}={\mathrm{c\Δ}}_{34}---\left(6\right)$

由上述方程即可解得D点坐标(x,y,z)：

$x=\frac{-c^2\[{\mathrm{\Δ}}_{12}^2({\mathrm{\Δ}}_{34}-{\mathrm{\Δ}}_{23})+{\mathrm{\Δ}}_{23}^2({\mathrm{\Δ}}_{34}-{\mathrm{\Δ}}_{12})+{\mathrm{\Δ}}_{34}^2({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{23})+2{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}\]}{4d\cos \mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}---\left(7\right)$

$y=\frac{c^2\[{\mathrm{\Δ}}_{12}^2({\mathrm{\Δ}}_{23}+{\mathrm{\Δ}}_{34})+{\mathrm{\Δ}}_{23}^2({\mathrm{\Δ}}_{12}-{\mathrm{\Δ}}_{34})+{\mathrm{\Δ}}_{34}^2({\mathrm{\Δ}}_{12}-{\mathrm{\Δ}}_{23})+2{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}\]}{4dcos\mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}---\left(8\right)$

$z_1=\frac{\sqrt{m+n+p+q}+2d^2\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}{2d\cos \mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}---\left(9\right)$

$z_2=\frac{-\sqrt{m+n+p+q}+2d^{2}cos\mathrm{\α}sin\mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}{2dcos\mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}---\left(10\right)$

其中：

$m=-0.5c^4\[{\mathrm{\Δ}}_{12}^4({\mathrm{\Δ}}_{23}^2+{\mathrm{\Δ}}_{34}^2)+{\mathrm{\Δ}}_{23}^4({\mathrm{\Δ}}_{12}^2+{\mathrm{\Δ}}_{34}^3)+{\mathrm{\Δ}}_{34}^2({\mathrm{\Δ}}_{12}^2+{\mathrm{\Δ}}_{23}^2)\],$

$n=c^4({\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}-{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}^3-2{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^2-{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}^3-2{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^2-{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}^3-{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}^2{\mathrm{\Δ}}_{34}^2-2{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^3+{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}^2+{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}^4{\mathrm{\Δ}}_{34}-{\mathrm{\Δ}}_{23}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}^3),$

$p=c^2{d}^2{\cos }^2\mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}^4+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}^2+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{34}^2+2{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^2+2{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{34}^3+2{\mathrm{\Δ}}_{23}^2{\mathrm{\Δ}}_{34}^2+2{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^3+{\mathrm{\Δ}}_{34}^4)$

q＝-4d⁴cos⁴α(Δ₁₂+Δ₃₄)²；

根据式(9)和(10)计算出z₁，z₂，选择z₁，z₂中为正的那个值作为z的最终测量结果；

5)、按照上述方法测量待测区域中不同位置的坐标值即能绘制出被测目标的三维图像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过计算机输出控制信号控制激光器发射激光，激光经扫描镜扫描照射到目标，并被反射回来，被光电探测器接收，光电探测器接收到激光信号后产生电脉冲信号，电脉冲信号经时刻鉴别后，生成时刻脉冲信号，时刻脉冲信号输入到GP2测时模块中，计算机分别读取GP2测时模块所测量的时间差计算得到被测目标不同位置的距离值，该装置结构简单不需要测量扫描镜偏转角即可得到测量待测区域中不同位置的坐标值即能绘制出被测目标的三维图像。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的测试模块结构示意图；

图3为本发明的光电探测器安装示意图；

图4为本发明的以光电探测器的中心为坐标原点建立的空间坐标系O‐xyz结构示意图一；

图5为本发明的以光电探测器的中心为坐标原点建立的空间坐标系O‐xyz结构示意图二；

其中，1、激光器；2、光电探测器；3、探测器支架；4、测时模块；5、扫描镜；6、计算机；7、恒比定时模块；8、GP2测时模块；9、扫描镜驱动模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明：

参见图1至图3，本发明的基于阵列探测单元的三维激光成像系统包括与计算机6相连接的脉冲激光器1，在脉冲激光器的激光光轴上设置有通过扫描镜驱动模块9与计算机6连接的扫描镜5，该扫描镜5将接收到的激光光束反射给位于扫描镜5反射激光光路上的被测目标，在被测目标的反射激光光路上设置有N组用于接受被测目标反射激光的光电探测器2，每组光电探测器2的输出端连接有测时模块4，所述的测时模块4包括N组恒比定时模块7以及M路GP2测时模块8；相邻两组恒比定时模块7的输出端与每路GP2测时模块8的输入端对应连接，GP2测时模块8的输出端与计算机6相连，其中M＝N-1，N≥4。其中，恒比定时模块7包括第一路恒比定时模块7-1、第二路恒比定时模块7-2、第三路恒比定时模块7-3、第四路恒比定时模块7-4···以及第N路恒比定时模块7-N；

GP2测时模块8包括第一个GP2测时模块8-1、第二个GP2测时模块8-2、第三个GP2测时模块8-3···以及第M个GP2测时模块8-M；

其中，第一路恒比定时模块7-1的输出端、第二路恒比定时模块7-2的输出端与第一个GP2测时模块8-1相连，第二路恒比定时模块7-2的输出端、第三路恒比定时模块7-3的输出端与第二个GP2测时模块8-2相连，第三路恒比定时模块7-3的输出端、第四路恒比定时模块7-4的输出端与第三个GP2测时模块8-3相连，第n-1路恒比定时模块7-(n-1)、第n路恒比定时模块7-n的输出端与第m个GP2测时模块8-m相连,n∈N,m∈M,m＝n‐1。

本发明的基于阵列探测单元的三维激光成像系统所采用的光电探测器2为APD光电探测器；

本发明的N组光电探测器2分别对应安装在N个探测器支架3上，且N个探测器支架3的一端均与固定板相连,每组光电探测器2距相应的探测器支架3端点的距离均相等，且探测器支架3与固定板支架夹角为α。

本发明的基于阵列探测单元的三维激光成像系统中N＝4，M＝3。

参见图1至5，当N＝4，M＝3时，本发明的基于阵列探测单元的三维激光成像系统的成像方法，包括以下步骤：

1)、计算机6输出控制信号控制激光器1发射激光，并通过控制扫描镜驱动模块9不断驱动扫描镜5转动，将激光器1发射的激光经扫描镜5反射到被测目标的不同位置，激光经被测目标后被反射回来，经被测目标反射回来的激光被4组光电探测器2接收；

2)、4组光电探测器2接收到激光信号后分别产生4路电脉冲信号，4路电脉冲信号经第一路恒比定时模块7-1、第二路恒比定时模块7-2、第三路恒比定时模块7-3以及第四路恒比定时模块7-4鉴别后生成4路时刻脉冲信号；

3)、4路时刻脉冲信号中的第1路和第2路时刻脉冲信号输入到第一个GP2测时模块8-1中，第2路和第3路时刻脉冲信号输入到第二个GP2测时模块8-2中，第3路和第4路时刻脉冲信号输入到第三个GP2测时模块8-3中，设发射激光到达4个光电探测器2的时间分别为t₁,t₂,t₃,t₄，通过测时模块4得到发射激光到达4个光电探测器2的时间，则各光电探测器2的时间差为：

Δ₁₂＝t₁-t₂ (1)

Δ₂₃＝t₂-t₃ (2)

Δ₃₄＝t₃-t₄ (3)；

4)、设被测目标上一点D(x,y,z)，以4个光电探测器的中心为坐标原点O建立空间坐标系O-xyz，光电探测器2与中心点O的距离为d，探测器支架3与o-xy平面间的夹角为α，通过计算机6分别读取3个GP2测时模块所测量的激光到达各光电探测器2之间的时间差，根据公式求得被测目标上一点到各个光电探测器的距离之差，有：

$\sqrt{{(x-d\cos \mathrm{\α})}^2+y^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}-\sqrt{x^2+{(y-d\cos \mathrm{\α})}^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}={\mathrm{c\Δ}}_{12}---\left(4\right)$

$\sqrt{x^2+{(y-d\cos \mathrm{\α})}^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}-\sqrt{{(x+d\cos \mathrm{\α})}^2+y^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}={\mathrm{c\Δ}}_{23}---\left(5\right)$

$\sqrt{{(x+d\cos \mathrm{\α})}^2+y^2+{(z-dsin\mathrm{\α})}^2}-\sqrt{x^2+{(y+d\cos \mathrm{\α})}^2+(z-dsin\mathrm{\α})}={\mathrm{c\Δ}}_{34}---\left(6\right)$

由上述方程即可解得D点坐标(x,y,z)：

$x=\frac{-c^2\[{\mathrm{\Δ}}_{12}^2({\mathrm{\Δ}}_{34}-{\mathrm{\Δ}}_{23})+{\mathrm{\Δ}}_{23}^2({\mathrm{\Δ}}_{34}-{\mathrm{\Δ}}_{12})+{\mathrm{\Δ}}_{34}^2({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{23})+2{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}\]}{4d\cos \mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}---\left(7\right)$

$y=\frac{c^2\[{\mathrm{\Δ}}_{12}^2({\mathrm{\Δ}}_{23}+{\mathrm{\Δ}}_{34})+{\mathrm{\Δ}}_{23}^2({\mathrm{\Δ}}_{12}-{\mathrm{\Δ}}_{34})+{\mathrm{\Δ}}_{34}^2({\mathrm{\Δ}}_{12}-{\mathrm{\Δ}}_{23})+2{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}\]}{4dcos\mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}---\left(8\right)$

$z_1=\frac{\sqrt{m+n+p+q}+2d^2\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}{2d\cos \mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}---\left(9\right)$

$z_2=\frac{-\sqrt{m+n+p+q}+2d^{2}cos\mathrm{\α}sin\mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}{2dcos\mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}+{\mathrm{\Δ}}_{34})}---\left(10\right)$

其中：

$m=-0.5c^4\[{\mathrm{\Δ}}_{12}^4({\mathrm{\Δ}}_{23}^2+{\mathrm{\Δ}}_{34}^2)+{\mathrm{\Δ}}_{23}^4({\mathrm{\Δ}}_{12}^2+{\mathrm{\Δ}}_{34}^3)+{\mathrm{\Δ}}_{34}^2({\mathrm{\Δ}}_{12}^2+{\mathrm{\Δ}}_{23}^2)\],$

$n=c^4({\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}-{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}^3-2{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^2-{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}^3-2{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^2-{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}^3-{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}^2{\mathrm{\Δ}}_{34}^2-2{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^3+{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}^2+{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}^4{\mathrm{\Δ}}_{34}-{\mathrm{\Δ}}_{23}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}^3),$

$p=c^2{d}^2{\cos }^2\mathrm{\α}({\mathrm{\Δ}}_{12}^4+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{23}+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^3{\mathrm{\Δ}}_{34}+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}^2+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}+2{\mathrm{\Δ}}_{12}^2{\mathrm{\Δ}}_{34}^2+2{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^2+2{\mathrm{\Δ}}_{12}{\mathrm{\Δ}}_{34}^3+2{\mathrm{\Δ}}_{23}^2{\mathrm{\Δ}}_{34}^2+2{\mathrm{\Δ}}_{23}{\mathrm{\Δ}}_{34}^3+{\mathrm{\Δ}}_{34}^4)$

q＝-4d⁴cos⁴α(Δ₁₂+Δ₃₄)²；

根据式(9)和(10)计算出z₁，z₂，选择z₁，z₂中为正的那个值作为z的最终测量结果；

5)、按照上述方法测量待测区域中不同位置的坐标值即能绘制出被测目标的三维图像。

Claims (5)

1.一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统的成像方法，其特征在于：采用如下基于阵列探测单元的三维激光成像系统：

包括与计算机(6)相连接的激光器(1)，在激光器(1)的激光光轴上设置有通过扫描镜驱动模块(9)与计算机(6)连接的扫描镜(5)，所述的扫描镜(5)将接收到的激光光束反射给位于扫描镜(5)反射光路上的被测目标，在被测目标的反射光路上设置有N组用于接收被测目标反射激光的光电探测器(2)，每组光电探测器(2)的输出端连接有测时模块(4)；

所述的测时模块(4)包括N组恒比定时模块(7)以及M路GP2测时模块(8)；相邻两组恒比定时模块(7)的输出端与对应的GP2测时模块(8)的输入端相连，GP2测时模块(8)的输出端与计算机(6)相连，其中M＝3，N＝4；

包括以下步骤：

1)、计算机(6)输出控制信号控制激光器(1)发射激光，并通过控制扫描镜驱动模块(9)不断驱动扫描镜(5)转动，将激光器(1)发射的激光经扫描镜(5)反射到被测目标的不同位置，激光经被测目标后被反射回来，经被测目标反射回来的激光被4组光电探测器(2)接收；

2)、4组光电探测器(2)接收到激光信号后分别产生4路电脉冲信号，4路电脉冲信号经第一路恒比定时模块(7-1)、第二路恒比定时模块(7-2)、第三路恒比定时模块(7-3)以及第四路恒比定时模块(7-4)鉴别后生成4路时刻脉冲信号；

3)、4路时刻脉冲信号中的第1路和第2路时刻脉冲信号输入到第一个GP2测时模块(8-1)中，第2路和第3路时刻脉冲信号输入到第二个GP2测时模块(8-2)中，第3路和第4路时刻脉冲信号输入到第三个GP2测时模块(8-3)中，设发射激光到达4个光电探测器(2)的时间分别为t₁,t₂,t₃,t₄，通过测时模块(4)得到发射激光到达4个光电探测器(2)的时间，则各光电探测器(2) 的时间差为：

Δ₁₂＝t₁-t₂ (1)

Δ₂₃＝t₂-t₃ (2)

Δ₃₄＝t₃-t₄ (3)；

4)、设被测目标上一点D(x,y,z)，以4个光电探测器的中心为坐标原点O建立空间坐标系O-xyz，光电探测器(2)与中心点O的距离为d，探测器支架(3)与o-xy平面间的夹角为α，通过计算机(6)分别读取3个GP2测时模块所测量的激光到达各光电探测器(2)之间的时间差，根据公式求得被测目标上一点到各个光电探测器的距离之差，有：

由上述方程即可解得D点坐标(x,y,z)：

其中：

根据式(9)和(10)计算出z₁，z₂，选择z₁，z₂中为正的那个值作为z的最终测量结果；

5)、重复上述步骤1)至步骤4)测量待测区域中不同位置的坐标值即能绘制出被测目标的三维图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统的成像方法，其特征在于：所述的激光器(1)为脉冲激光器。

3.根据权利要求1所述的一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统的成像方法，其特征在于：所述的光电探测器(2)为APD光电探测器。

4.根据权利要求1所述的一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统的成像方法，其特征在于：所述的N组光电探测器(2)分别对应安装在N个探测器支架(3)上，且N个探测器支架(3)的一端均与固定板相连,每组光电探测器(2)距相应的探测器支架(3)端点的距离均相等，且探测器支架(3)与固定板支架夹角为α。

5.根据权利要求1所述的一种基于阵列探测单元的三维激光成像系统的成像方法，其特征在于：所述的恒比定时模块(7)包括第一路恒比定时模块(7-1)、第二路恒比定时模块(7-2)、第三路恒比定时模块(7-3)···以及第N路恒比定时模块(7-N)；

所述的GP2测时模块(8)包括第一个GP2测时模块(8-1)、第二个GP2测时模块(8-2)···以及第M个GP2测时模块(8-M)；

其中，第一路恒比定时模块(7-1)的输出端、第二路恒比定时模块(7-2)的输出端与第一个GP2测时模块(8-1)相连，第二路恒比定时模块(7-2)的输出端、第三路恒比定时模块(7-3)的输出端与第二个GP2测时模块(8-2) 相连，第n-1路恒比定时模块(7-(n-1))、第n路恒比定时模块(7-n)的输出端与第m个GP2测时模块(8-m)相连,其中，n∈N,m∈M,m＝n-1。