CN109709533A - 一种盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统。该系统采用窄脉冲半导体激光器光源，相比于外场成像试验用的大功率固体激光器，其体积小，功率低，成本低，输出光功率可调，是实现目标极微弱光照射的非常理想的激光光源；采用暗箱隔绝箱体外环境的杂散光，使进行单光子成像探测的准确性得到保证；通过调节窄脉冲半导体激光器的激光输出延迟和调节探测器与标靶距离，可实现室内模拟远距离目标的成像探测；通过调节错位标靶中两标靶之间的距离，可实现探测器的极限距离分辨率成像探测。本发明无需外场，在室内即可完成盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能的测试。

Description

一种盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试 系统

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统。

背景技术

盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器，指的是可以实现非扫描激光三维成像的盖革APD光电器件。它具有极高的光子探测效率、空间和距离分辨率，可实现单光子成像探测，可用于态势感知、避免碰撞、自适应巡航控制、监控、禁区事件警报、目标识别、昼夜雨雾成像、航空起飞和着陆、月球和行星的危险回避升降、自动交会对接空间、空中加油、地形测绘、自主导航、智能路口监控、无人地面车辆、无人空中系统和车辆、机器视觉、危险物质检测和处理、水下三维成像等。随着新材料、新器件的发展，器件规模不断增大，在器件的研发生产过程中，需要建立相应的盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统，以解决如何简便地对探测器进行测试的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统，该测试系统包括光学平台、光学镜头组、待测探测器、错位标靶、暗箱和控制机柜；其中，

光学镜头组由激光发射光学镜头和接收光学镜头组成，并且通过光学镜头组固定支架安装在光学平台上；激光发射光学镜头用于对由控制机柜中的激光器产生的激光进行匀化扩束整形，实现对错位标靶的激光照射；接收光学镜头用于接收由错位标靶反射回来的激光回波信号，并聚焦成像到待测探测器的光敏面上；

待测探测器为盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器，通过待测探测器固定支架安装在光学平台上，并且通过三维电动平移台实现与接收光学镜头对接；待测探测器通过不同像元记录标靶不同区域的激光回波信号的达到时间；

错位标靶由两个相互错位的标靶组成，安装在光学平台上，两个标靶位于光学镜头组的前方，标靶之间的距离可调；错位标靶经激光照射后，产生反射的激光回波信号；

暗箱安装在光学平台上，并且光学镜头组、探测器和错位标靶均位于暗箱的内部；

控制机柜包括程控电源模块、控制计算机、数字信号发生器、数字信号采集卡以及窄脉冲半导体激光器；其中，程控电源模块提供待测探测器所需的直流工作电压；控制计算机控制数字信号发生器产生待测探测器工作所需要的时序逻辑信号以及光触发信号，由光触发信号触发窄脉冲激光器产生规定频率和脉宽的激光信号，并通过光纤传输到激光发射光学镜头；数字信号采集卡同步采集待测探测器输出的激光回波信号达到时间信息，并传输至控制计算机，由控制计算机通过噪声处理、信号提取和图像重构，获得标靶的三维图形信息和强度图形信息，从而实现对待测探测器成像性能的测试。

进一步地，该系统还包括搭建在光学平台上的长程滑轨组，长程滑轨组由两条并行滑轨构成；长程滑轨组上安装有能够在控制计算机的控制下沿滑轨移动的多个电动滑台；多个电动滑台上分别安装探测器、光学镜头组，以及错位标靶中的两个标靶。

进一步地，该系统使用两台光学平台，并通过长程滑轨组连接在一起。

进一步地，在长程滑轨组的中段下部设置有起支撑作用的长程滑轨组中段支架。

(三)有益效果

本发明提出的盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统，该系统采用窄脉冲半导体激光器光源，相比于外场成像试验用的大功率固体激光器，其体积小，功率低，成本低，输出光功率可调，是实现目标极微弱光照射的非常理想的激光光源；采用暗箱隔绝箱体外环境的杂散光，使进行单光子成像探测的准确性得到保证；通过调节窄脉冲半导体激光器的激光输出延迟和调节探测器与标靶距离，可实现室内模拟远距离目标的成像探测；通过调节错位标靶中两标靶之间的距离，可实现探测器的极限距离分辨率成像探测。本发明无需外场，在室内即可完成盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能的测试。

附图说明

图1为本发明实施例的盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统，其结构如图1所示。该系统由控制机柜1、光学平台2、光学镜头组3、待测探测器固定支架4、光学镜头组固定支架5、长程滑轨组6、暗箱7、长程滑轨组中段支架8、错位标靶9和电动滑台10等组成。

本实施例中，测试系统使用两台光学平台2，并通过由两条并行滑轨构成的长程滑轨组6连接在一起。在长程滑轨组6的中段下部设置有起支撑作用的长程滑轨组中段支架8。在长程滑轨组6上连接4个电动滑台10，在4个电动滑台10上分别安装待测探测器固定支架4、光学镜头组固定支架5，以及错位标靶9中的两个标靶。在控制机柜1中的控制计算机的控制下，电动滑台10能够在长程滑轨组6上进行移动。光学镜头组3由激光发射光学镜头和接收光学镜头组成，并且固定在光学镜头组固定支架5上。待测探测器固定支架4由三维电动平移台组成，可实现探测器与接收光学镜头的对接。错位标靶9由两个相互错位的标靶组成，两个标靶之间的距离可调，标靶上由黑白相间条纹构成。光学镜头组3、待测探测器固定支架4、光学镜头组固定支架5、长程滑轨组6、错位标靶9和电动滑台10均位于设置在光学平台2上的暗箱7的内部，通过暗箱结构实现对测试环境杂散光的屏蔽，实现待测探测器在成像测试时处于极低杂散光的环境，以降低杂散光对成像效果的干扰。

控制机柜1中包括程控电源模块、控制计算机、数字信号发生器、数字信号采集卡以及窄脉冲半导体激光器。其中，程控电源模块提供待测探测器所需的直流工作电压；控制计算机控制数字信号发生器产生探测器工作所需要的时序逻辑信号以及光触发信号，由光触发信号触发窄脉冲激光器产生规定频率和脉宽的激光信号；数字信号采集卡同步采集待测探测器输出的数字信号，采集的信号由控制计算机处理，得到标靶的三维距离图像信息和强度图像信息并实时显示。

本实施例测试系统的工作流程为：控制计算机控制数字信号发生器产生待测探测器工作所需要的时序逻辑信号以及光触发信号，由光触发信号触发窄脉冲激光器产生规定频率和脉宽的激光信号，并通过光纤传输到激光发射光学镜头，激光经激光发射光学镜头匀化扩束整形后，实现对错位标靶的均匀小视场激光照射；由标靶漫反射回来的激光回波信号通过接收光学镜头聚焦成像到作为待测探测器的盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器的光敏面上；待测探测器的不同像元记录标靶不同区域激光回波信号的达到时间；信号采集卡将待测探测器记录的激光回波信号达到时间信息传输至控制计算机，由控制计算机通过噪声处理、信号提取和图像重构，获得标靶的三维图形信息和强度图形信息。通过调节窄脉冲半导体激光器的输出功率，可实现标靶的回波信号为单光子级别的极微弱光；通过调节窄脉冲半导体激光器的激光输出延迟，以及通过调节探测器与标靶之间的距离，可以模拟远距离成像探测；通过调节错位标靶中两个标靶之间的距离，可以对待测探测器在极微弱光(单光子)条件下的极限距离分辨率三维成像性能进行测试；通过调节标靶上的黑白相间条纹，可以显示探测器成像的强度图像信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器成像性能测试系统，其特征在于，所述测试系统包括光学平台、光学镜头组、待测探测器、错位标靶、暗箱和控制机柜；其中，

所述光学镜头组由激光发射光学镜头和接收光学镜头组成，并且通过光学镜头组固定支架安装在所述光学平台上；所述激光发射光学镜头用于对由所述控制机柜中的激光器产生的激光进行匀化扩束整形，实现对所述错位标靶的激光照射；所述接收光学镜头用于接收由所述错位标靶反射回来的激光回波信号，并聚焦成像到所述待测探测器的光敏面上；

所述待测探测器为盖革模式三维激光成像焦平面阵列探测器，通过待测探测器固定支架安装在所述光学平台上，并且通过三维电动平移台实现与所述接收光学镜头对接；所述待测探测器通过不同像元记录所述标靶不同区域的激光回波信号的达到时间；

所述错位标靶由两个相互错位的标靶组成，安装在所述光学平台上，两个标靶位于所述光学镜头组的前方，标靶之间的距离可调；所述错位标靶经激光照射后，产生反射的激光回波信号；

所述暗箱安装在所述光学平台上，并且所述光学镜头组、探测器和错位标靶均位于所述暗箱的内部；

所述控制机柜包括程控电源模块、控制计算机、数字信号发生器、数字信号采集卡以及窄脉冲半导体激光器；其中，所述程控电源模块提供所述待测探测器所需的直流工作电压；所述控制计算机控制所述数字信号发生器产生所述待测探测器工作所需要的时序逻辑信号以及光触发信号，由所述光触发信号触发所述窄脉冲激光器产生规定频率和脉宽的激光信号，并通过光纤传输到所述激光发射光学镜头；所述数字信号采集卡同步采集所述待测探测器输出的激光回波信号达到时间信息，并传输至所述控制计算机，由所述控制计算机通过噪声处理、信号提取和图像重构，获得所述标靶的三维图形信息和强度图形信息，从而实现对所述待测探测器成像性能的测试。

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述系统还包括搭建在所述光学平台上的长程滑轨组，所述长程滑轨组由两条并行滑轨构成；所述长程滑轨组上安装有能够在所述控制计算机的控制下沿滑轨移动的多个电动滑台；所述多个电动滑台上分别安装所述探测器、光学镜头组，以及错位标靶中的两个标靶。

3.如权利要求2所述测试系统，其特征在于，所述系统使用两台光学平台，并通过所述长程滑轨组连接在一起。

4.如权利要求3所述测试系统，其特征在于，在所述长程滑轨组的中段下部设置有起支撑作用的长程滑轨组中段支架。