CN112731428A - 一种测距装置及主动三维成像系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种测距装置，包括：信号发生器；激光器，用于在所述信号发生器发出的脉冲触发信号的触发下射出激光脉冲光；光调制器，用于在所述信号发生器发出的调制信号，形成调制激光脉冲光；收发光路器，能够接收并将所述调制激光脉冲光处理为发射信号光子发出，使返回信号光子被所述收发光路器接收处理后再转出；单光子探测器，用于在所述信号发生器发出的门控信号的作用下将接收的所述返回信号光子处理为计数探测信号；时间测量模块，用于接收所述计数探测信号，并在所述信号发生器发出的固定周期信号的作用下测量所述发射信号光子和返回信号光子的飞行时间，进而得到与目标的距离。

Description

一种测距装置及主动三维成像系统

技术领域

本公开涉及激光雷达领域技术领域，尤其涉及一种测距装置及主动三维成像系统。

背景技术

脉冲激光测距及成像技术是目前主要发展的精确三维成像技术，主要的技术手段是通过发射激光脉冲到目标位置并接收其回波，测得其光子飞行时间，由记录的时间间隔，计算出目标物体的距离。通过对成像区域采用扫描等方式，得到目标区域的三维图像。脉冲激光测距及三维成像技术被广泛应用于目标识别、对地遥感观测、城市三维建模、机器人和无人车的避障、导航等领域。

然而，目前一般的激光雷达只有几百米的工作距离。当工作距离扩展到数公里时，由于漫反射的反射特性，反射光的光强会随传播距离以平方的形式衰减，同时由于大气散射的影响，激光光强将随着传播距离指数衰减。再考虑到光斑扩散等因素，远距离情形下能够收到的返回信号光子将会十分微弱，需要使用高功率的激光器作为光源，同时要求系统拥有极高的探测灵敏度，随着近些年单光子探测技术的发展，探测器的灵敏度的达到了单光子级别，极大地提升了激光雷达的探测能力，并拓展了它的适用范围。同时，单光子探测具有皮秒级的时间分辨能力，有效提高了激光雷达系统的距离分辨精度，近些年单光子激光雷达技术已成为了国际上众多科研单位及企业的研究热点。

然而，当距离继续拓展时，除了上述的问题外，噪声成为了激光雷达的远距离测距及三维成像的主要制约因素。环境噪声需要被严密的隔绝在测量光路外，但受到大气散射和本地光学器件反射的影响，仍会有大量的噪声光子通过测量光路进入探测器。当测量距离拓展到一定程度，由于激光在传播过程中的衰减，回波光信号将会被淹没在噪声中。尽管可以通过增加激光器的输出功率来提升回波光强，但是由于噪声的强度和激光功率成正比，信噪比仍然无法得到提高，信号难以被识别，所以远距离测距和三维成像仍然是一个极具挑战的技术难题，也是一个急需发展的重要技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种测距与主动三维成像系统，以期解决上述提及的技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

本公开提供一种测距装置，包括：

信号发生器；

激光器，用于在所述信号发生器发出的脉冲触发信号的触发下射出激光脉冲光；

光调制器，用于在所述信号发生器发出的调制信号的作用下对所述激光脉冲光进行特定时序的调制并阻隔噪声，形成调制激光脉冲光；

收发光路器，能够接收并将所述调制激光脉冲光处理为发射信号光子发出，所述发射信号光子照射待测目标之后反射形成返回信号光子，所述返回信号光子被所述收发光路器接收处理后再转出；

单光子探测器，用于在所述信号发生器发出的门控信号的作用下将接收的所述返回信号光子处理为计数探测信号；

时间测量模块，用于接收所述计数探测信号，并在所述信号发生器发出的固定周期信号的作用下测量所述发射信号光子和返回信号光子的飞行时间，进而得到与目标的距离。

在本公开实施例中，所述时间测量模块对所述返回信号光子达到的时刻进行测量，并与信号发生器产生的固定周期信号的上升沿时刻做差，得到发射光子的飞行时间；

在本公开实施例中，所述激光器激开始发激光脉冲光时刻与所述单光子探测器开始接收所述信号光子时刻之间有设定时间间隔，能够使单光子探测器减少对大气散射所产生的噪声计数。

在本公开实施例中，所述收发光路器，包括望远镜和目镜组成的扩束系统、透反射分束模块、接收耦合模块及能够连续扫描目标，且完成二维扫描和逐点的测距的精密扫描模块；

所述调制激光脉冲光经过光纤通过准直头进入收发光路器的光路，在透过所述透反射分束模块后，进入所述扩束系统形成发射信号光子，所述发射信号光子照射目标后反射形成反射信号光子被所述望远镜接收进入收发光路器光路，进一步被分束至接收耦合模块后转出，进入所述单光子探测器。

在本公开实施例中，所述光调制器为声光调制器。

在本公开实施例中，所述单光子探测器能够在本地回波的影响随时间消除后开始计数，用于消除本地回波带来的噪声。

在本公开实施例中，所述时间测量模块为时间数字转换器。

进一步地，还包括延时器，用于接收信号发生器发出的信号，并同时向声光调制器和单光子探测器发送相同脉冲信号，能够进行延时调节，使声光调制器高透过状态开始时间和激光脉冲光到达声光调制器时间一致。

本公开还提供一种主动三维成像系统，包括：

根据上述任一项所述的测距装置；以及

精密转台，通过所述精密转台的转动能够增大所述测距装置的收发光路器的扫描范围，形成三维图像数据。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开的一种测距装置及主动三维成像系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)实现了高重复频率和高功率的激光照明；

(2)实现了对激光自发放大辐射噪声的高效抑制：由于光纤脉冲激光器的固有特性，其会在工作时连续不断地产生自发放大辐射噪声；

(3)时间上实现了将本地回波隔离在探测器探测区间之外，能够避免从激光器出射的极高峰值功率的激光脉冲经过光学器件的反射后，形成本地回波进入到探测器中；

(4)能够有效减弱恶劣天气条件大气散射噪声；以及

(5)速度上实现了高速测量，且能够实现近距离到百公里级的测距和三维成像。

附图说明

图1为本公开实施例中所述的测距装置框架示意图；

图2为本公开实施例中所述的测距装置信号时序示意图；

图3为本公开实施例中所述的测距装置及主动三维成像系统工作原理示意图；以及

图4为本公开实施例中所述的测距装置及主动三维成像系统的激光重复频率为505kHz时的回波信号统计图。

具体实施方式

本公开提供了一种测距装置，所述测距装置实现了高重复频率和高功率的激光照明，实现了对激光自发放大辐射噪声的高效抑制，由于光纤脉冲激光器的固有特性，其会在工作时连续不断地产生自发放大辐射噪声，时间上实现了将本地回波隔离在探测器探测区间之外，能够从激光器出射的极高峰值功率的激光脉冲经过光学器件的反射后，形成本地回波进入到探测器中，能够有效减弱恶劣天气条件大气散射噪声，速度上实现了高速测量，且能够实现近距离到百公里级的测距和三维成像。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种测距装置，如图1所示，所述制备方法，包括：信号发生器；用于在所述信号发生器发出的脉冲触发信号的触发下射出激光脉冲光的激光器；用于在所述信号发生器发出的调制信号的作用下对所述激光脉冲光进行特定时序的调制并阻隔噪声，形成调制激光脉冲光的光调制器；能够接收并将所述调制激光脉冲光处理为发射信号光子发出，所述发射信号光子照射待测目标之后反射形成返回信号光子，所述返回信号光子被所述收发光路器接收处理后再转出的收发光路器；用于在所述信号发生器发出的门控信号的作用下将接收的所述返回信号光子处理为计数探测信号的单光子探测器；用于接收所述计数探测信号，并在所述信号发生器发出的固定周期信号的作用下测量所述发射信号光子和返回信号光子的飞行时间，同时所述时间测量模块对所述信号光子达到的时刻进行测量，并与信号发生器产生的固定周期信号的上升沿时刻做差，得到发射光子的飞行时间，进而得到与目标的距离的时间测量模块。

在本公开实施例中，如图2所示，根据拍摄物体的大致距离范围0-L，设定一个时间长度为S的大周期(满足关系S*光速＝距离L)，大周期中包含3个时间段：激光脉冲发射时间，时长为T，隔离时间段，时长为I，探测时间段，时长为R。即S＝T+I+R。在脉冲发射时间段[0，T]内，激光器发射激光脉冲，此时单光子探测器处于停止探测状态，以防单光子探测器探测到高光强的本地回波，得益于此，激光可以采用高重复频率、高功率的激光脉冲，以提高信号的强度。由激光器发射的激光脉冲光进入系统发射端并出射。在隔离时间段[T，T+I]内，激光器不发射脉冲光，但会仍然产生ASE噪声，这时在噪声光进入收发光路器前，用光调制器来阻隔，通过时间准确的开关光控制，实现通过激光和阻隔噪声。同时，在这个时间段内，单光子探测器仍处于关闭状态。在最后的探测时间段[T+I，S]，单光子探测器开启探测，同时光调制器继续在激光器和收发光路器间起到阻隔的作用，以防止ASE(Amplifiedspontaneous emission，自发放大辐射)带来的大量噪声被探测。

进一步地，因为激光脉冲光在周期[0，T]内发射，发射信号光子会在周期[21/c，21/c+T]内以返回信号光子反射回来，其中1为测距装置与目标的距离、c为光速，21/c为激光来回于设备和被成像物体所需的时间。我们将探测时间段设置为[21/c，21/c+T]，以获得优化的接收效率，即T+I＝21/c，R＝T。适当选择隔离时间段I的持续时间，以获得更好的降噪效果提高信号的信噪比，而保证当21/c未知时，把1的值选取为系统的最大量程，来保证当我们探测远距离的物体时能有足够的接收效率。另外，由于探测的信号和被测目标的距离成二次方反比的关系，距离越近，返回的信号越强，剩余的回波脉冲仍然能提供足够的信号。

隔离时间段[T，T+I]的设置有两个重要的作用，其一是避免了激光脉冲在发射在大气传播的初期产生的大量后向散射噪声，另一个是消除探测器在关闭状态时产生的线性响应。

最后以与脉冲信号同步的高重复频率信号作为时间数字转换器(TDC)的同步触发信号作为开始信号，把各个产生的返回信号光子信号作为结束信号，然后在一个脉冲周期时间长度内对时间差(飞行时间，开始信号时间-结束信号时间)进行叠加统计，最终得到高信噪比的距离信息。

在本公开实施例中，所述的测距装置适用高重复频率和高功率的激光照明。为了在远距离情况下得到足够的信号，需要采用更高功率的激光发射功率，可以通过提升激光的重复频率和脉冲能量来提升发射的功率。实际中激光脉冲光能量的提升受限于光学元件的损伤阈值。

进一步地，所述的测距装置通常使用的光纤激光器，由于光纤非线性效应的存在，过高的峰值功率会损伤光纤。对于重复频率而言，以往的方法受到本地回波的影响很大，在脉冲周期内需要在脉冲发射之后的一段时间内关闭探测器，加上探测器开门速度的限制，重复频率难以提高。而本方案消除了本地回波的影响，实现了脉冲周期内的全时间范围探测，从而能够采用高重复频率，实现高功率的激光出射。

在本公开实施例中，所述的测距装置实现了对激光ASE噪声的高效抑制：由于光纤脉冲激光器的固有特性，其会在工作时连续不断地产生自发放大辐射(ASE)噪声。这些噪声经过本地器件的反射到达单光子探测器，分布在整个探测周期内，极大地降低了探测时的信噪比，甚至会使得单光子探测器达到饱和而无法对返回信号光子做出响应。本公开所描述的方案，能够将单光子探测器可探测时间段内的ASE噪声隔绝在收发光路器之前，基本消除了激光ASE的影响。

在本公开实施例中，所述的测距装置在时间上实现了将本地回波隔离在探测器探测区间之外：从激光器出射的极高峰值功率的激光脉冲经过光学器件的反射后，会形成本地回波进入到单光子探测器中。单光子探测器无法在本地回波存在的时间内进行探测，因为本地回波的光强会使得单光子探测器达到饱和。之前通常采取设置单光子探测器在每个激光脉冲发射后的一定时间里开启并进行探测的方法来隔离本地回波，但探测器开启后仍会有大量随时间减弱的噪声计数，表明了本地回波仍然具有较大的影响。相对于微弱的返回信号光子，这些噪声极大的降低了信噪比，对于这个问题，本公开方案能够给予单光子探测器足够的停止计数时间，在本地回波的影响随时间基本消除后，才让单光子探测器开始计数，从而消除了本地回波带来的噪声。

在本公开实施例中，所述的测距装置有效减弱了大气散射噪声：恶劣天气条件不仅会增加光的大气传输损耗，同时会产生大量的后向散射噪声，这些噪声经由系统进入到单光子探测器中，会淹没原本就很弱的计数探测信号，极大地降低了信噪比。针对这个问题，本公开方案中将激光脉冲光的发射时间段和单光子探测器的探测时间段隔开了一定的时间长度，因为大气散射产生的噪声计数集中在激光脉冲光发射后的一段时间里，而这时单光子探测器处于未开启状态，所以本公开所描述的方案能够大大削弱大气散射所产生的噪声计数。

在本公开实施例中，所述的测距装置充分利用了单光子探测器低暗计数的优势：本方案在实验场景下的噪声计数基本只有单光子探测器的暗计数，本公开通过使用极低暗计数的单光子探测器，实现了极低的噪声，充分发挥了单光子探测器低暗计数的性能。

在本公开实施例中，所述的测距装置实现了测量距离范围的扩展：本公开采用一个足够长的探测和发射时长来确保返回的返回信号光子能够有一部分处在探测时间段上，在物体距离较远时，能够有足够的效率，在物体较近时，由于返回的信号很强，仍然能探测到足够的回波。能够实现近距离到百公里级的测距和三维成像，本公开的器件包括激光器，光调制器等均能实现高速调制，使此方案能够达到很高的测量速度。

本公开还提供了一种包括根据权利要求1至9所述的测距装置的主动三维成像系统，其中，所述主动三维成像系统包括：

精密扫描模块，所述精密扫描模块设于收发光路器，能够连续扫描目标，完成二维扫描和逐点的测距，形成三维图像数据；

精密转台，通过所述精密转台的转动能够增大所述设有所述精密扫描模块的收发光路器的扫描范围。

具体地，如图3所示，实现174km的测距和成像为例子介绍具体实施方案，具体的实施方案如下：

系统基于收发同轴的成像光路的收发光路器，光路中包括望远镜和目镜组成的扩束系统、透反射分束模块、接收耦合模块。调制激光脉冲光经过光纤通过准直头进入收发光路器的光路，调制激光脉冲光在透过所述透反射分束模块后，进入所述扩束系统以发射信号光子形式发射，发射的所述发射信号光子由拍摄物体反射回来返回信号光子，并被所述望远镜接收，所述返回信号光子进入光路中并被分束至接收耦合模块，进入所述单光子探测器。

进一步地，所述光调制器为声光调制器。

进一步地，所述时间测量模块为时间数字转换器。

电子学信号控制方面，由信号发生器输出3路信号，分别给激光器，TDC，延时器，第一路信号给激光器输出突发序列(burst mode)的触发信号，脉冲频率为500KHz，以保证高功率的激光输出，脉冲个数548，对应激光脉冲发射时长R＝1.1ms，脉冲延迟1us，以保证脉冲发射时光调制器件已经起效，burst模式的间隔为2.26ms，对应大周期时长P＝2.26ms。信号发生器第二路信号给TDC输出频率为500kHz的连续脉冲信号，脉冲起始与第一路信号同步，信号发生器第三路信号是一个占空比为50％，周期2.26ms的方波信号，给延时器，作为延时器的触发信号，延时器在方案中给探测器和声光调制器(AOM)提供信号。

激光器工作在外触发模式，以信号发生器的第一路作为触发信号，发射激光脉冲进入AOM，在脉冲发射时间段(0至1.1ms)，AOM处于高透过状态，脉冲经过AOM耦合到光纤中进入收发光路器并出射，当脉冲发射完毕后，AOM设置为消光状态，此时激光器发出的ASE噪声被AOM消除无法进入收发光路器。

延时器以信号发生器的第三路作为触发信号，给声光调制器输出宽度为1.1ms的脉冲信号，同时给单光子探测器输出宽度为1.1ms的脉冲信号，通过延时的调节，使声光调制器高透过状态开始时间和激光脉冲光达到声光调制器时间大概一致。

单光子探测器的使能信号延迟为1.2ms(1.1ms+100us)，此时单光子探测器开始探测，对探测信号响应，来自拍摄物体反射的返回信号光子进入单光子探测器，形成计数信号。单光子探测器将计数信号输出给时间数字转换器(TDC)，TDC根据来自信号发生器的触发信号(开始)以及来自单光子探测器的计数探测信号(结束)得出每个光子的飞行时间，并把数据实时传输给电脑。

若使用系统进行成像，由控制电脑控制收发光路器中的扫描系统进行二维快速扫描，同时给时间数字转换器一个图像开始的信号，由时间数字转换器测量该信号产生的时刻。这一时间信息和每个像素的光子飞行时间信息传输到控制电脑，由控制电脑组织成三维图像数据完成三维成像。

具体地，如图4所示，测量方式为采用500kHz，505kHz以及505.625kHz，3种激光脉冲频率并结合上述方案完成了174km的测距。计数图上有明显的来自174km处山坡的回波信号峰，选取信号最高的时刻作为返回信号光子到达的时间。噪声计数均匀的分布在整个脉冲周期内，大约为每秒450个，其中大约有60个来自单光子探测器的暗计数，其余主要是未被完全消除的ASE噪声以及环境光噪声，测量数据见表1。

表1测量数据表

从图4中可以看出在触发频率T1＝500kHz时，峰的位置在t1＝545ns，在触发频率T2＝505kHz时，峰的位置在t2＝130ns，在触发频率T3＝505.625kHz时，峰的位置在t3＝1562ns，由物体距离＝n1*T1+t1＝n2*T2+t2＝n3*T3+t3且n1、n2、n3∈正整数，可以计算出n1＝579，n2＝585，n3＝585，得出距离为173.78km。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开的测距装置及主动三维成像系统有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种测距装置及主动三维成像系统，所诉的测距装置及主动三维成像系统实现了高重复频率和高功率的激光照明，实现了对激光自发放大辐射噪声的高效抑制，由于光纤脉冲激光器的固有特性，其会在工作时连续不断地产生自发放大辐射噪声，时间上实现了将本地回波隔离在探测器探测区间之外，能够避免从激光器出射的极高峰值功率的激光脉冲经过光学器件的反射后，形成本地回波进入到探测器中，能够有效减弱恶劣天气条件大气散射噪声，速度上实现了高速测量，能够连续扫描目标，完成二维扫描和逐点的测距，形成三维图像数据，能够增大所述设有所述精密扫描模块的收发光路器的扫描范围，且能够实现近距离到百公里级的测距和三维成像。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测距装置，包括：

信号发生器；

激光器，用于在所述信号发生器发出的脉冲触发信号的触发下射出激光脉冲光；

光调制器，用于在所述信号发生器发出的调制信号的作用下对所述激光脉冲光进行特定时序的调制并阻隔噪声，形成调制激光脉冲光；

收发光路器，能够接收并将所述调制激光脉冲光处理为发射信号光子发出，所述发射信号光子照射待测目标之后反射形成返回信号光子，所述返回信号光子被所述收发光路器接收处理后再转出；

单光子探测器，用于在所述信号发生器发出的门控信号的作用下将接收的所述返回信号光子处理为计数探测信号；

时间测量模块，用于接收所述计数探测信号，并在所述信号发生器发出的固定周期信号的作用下测量所述发射信号光子和返回信号光子的飞行时间，进而得到与目标的距离。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其中，所述时间测量模块对所述返回信号光子达到的时刻进行测量，并与信号发生器产生的固定周期信号的上升沿时刻做差，得到发射光子的飞行时间。

3.根据权利要求1所述的测距装置，其中，所述激光器激开始发激光脉冲光时刻与所述单光子探测器开始接收所述信号光子时刻之间有设定时间间隔，能够使单光子探测器减少对大气散射所产生的噪声计数。

4.根据权利要求1所述的测距装置，其中，所述收发光路器，包括望远镜和目镜组成的扩束系统、透反射分束模块、接收耦合模块及能够连续扫描目标，且完成二维扫描和逐点的测距的精密扫描模块；

所述调制激光脉冲光经过光纤通过准直头进入收发光路器的光路，在透过所述透反射分束模块后，进入所述扩束系统形成发射信号光子，所述发射信号光子照射目标后反射形成反射信号光子被所述望远镜接收进入收发光路器光路，进一步被分束至接收耦合模块后转出，进入所述单光子探测器。

5.根据权利要求1所述的测距装置，其中，所述光调制器为声光调制器。

6.根据权利要求1所述的测距装置，其中，所述单光子探测器能够在本地回波的影响随时间消除后开始计数，用于消除本地回波带来的噪声。

7.根据权利要求5所述的测距装置，其中，所述时间测量模块为时间数字转换器。

8.根据权利要求7所述的测距装置，还包括延时器，用于接收信号发生器发出的信号，并同时向声光调制器和单光子探测器发送相同脉冲信号，能够进行延时调节，使声光调制器高透过状态开始时间和激光脉冲光到达声光调制器时间一致。

9.一种主动三维成像系统，包括：

根据权利要求1至8任一项所述的测距装置；以及

精密转台，通过所述精密转台的转动能够增大所述测距装置的收发光路器的扫描范围，形成三维图像数据。

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