一种新型高灵敏度三维成像系统电路设计.pdf

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1、仪器仪表用户旦经验窒逾日doi：10．3969／j．issn．1671-1041．2011．05．024一种新型高灵敏度三维成像系统电路设计吕月锋，王华闯(1．中国科学院光电技术研究所，成都610209；2．中国科学院研究生院，北京100039)摘要：随着激光雷达成像探测技术的发展，人们对微弱信号的探测及目标三维成像需求越来越迫切。为满足在微弱光条件下目标三维成像的需求。本文提出了一种基于SPMArray4阵列光电探测器的新型高灵敏度三维成像探测系统。设计了目标微弱回波信号读出电路，并重点对系统接收电路测距模

2、块作了设计，有效增加了测距精度，为后续信号处理和三维成像提供了条件。关键词：高灵敏度三维成像；恒比定时；时刻鉴别；高精度时间间隔测量中图分类号：TN249文献标志码：BAnoveldesignofthecircuitforhighsensitivity3DimagingsystemLVYue—feng．WANGHuachuang(1．InstituteofOpticsandElectronics，ChineseAcademyofSciences，Chengdu610209，China，2．GraduateSc

3、hooloftheChineseAcademyofSciences，Beijing100039，China)Abstract：WiththedevelopmentofLIDARImagingandDetectiontechnology，theneedforasystemthatcandetectweaksignalandprovidethefunctionalityof3Dimaginghasbecomeincreasinglypressing．Assuch，anovelhighsensitivity3Dim

4、agingdetectionsystembasedonSPMArray4wasintroducedinthiswork，wheretheread-outcircuitfortheweaksignalwasdesignedandtherangingmoduleofthereceivingcircuitwasemphasized．Theprecisionofrangingwasimprovedef-fectively，thusfacilitatingthesignalprocessingand3Dimagingi

5、nsubsequentcircuits．Keywords：highsensitivity3Dimaging；constantfractiondiscrimination；timingdiscrimination；highprecisiontimeintervalmeasurement0引言受电磁场影响、工作电压低(30V以上)等众多优点。高灵敏度激光三维成像探测是利用激光器设备，通过发系统工作时，首先根据需要调整激光器激光重复频率和射大功率，窄脉冲激光去照射被探测目标，并由高灵敏度探测光强，发射激光去照射被探

6、测目标；激光出光探测器准确探测器接收目标回波信号，最终获得目标信息的一种先进光电探激光的出光时刻并送出一出光信号，此信号送入FPGA控制测技术。三维成像系统能够提供比传统的二维强度图像更为单元，作为各种脉冲时序同步源。以出光信号为基准延迟一丰富的信息，如距离、方位、大小和姿态等，极大地改进了对目段时间后经FPGA送出一脉冲作为计时器的Start信号，触发标识别和分类的性能，因而得到越来越广泛的应用。计时器开始计时；SPMArray4阵列探测器相应像素接收到目三维成像的核心问题是距离信息的获取，并在此基础上标回

7、波信号后，一路将回波信号送人A／D转换器来获得回波形成角度一角度一距离三维目标图像。本文提出了一种基于信号的幅度信息，存入FPGA内部RAM或外部SRAM中；另时间间隔测量法测距成像技术的新型高灵敏度三维成像系一路则经过放大整形处理后产生Stop信号去停止计时器计统，并通过对三维成像质量影响因素的分析，重点论述了测距时，利用计时器测量的激光飞行时间间隔获得目标的距离信模块的技术设计方案，并有效提高了测距精度。息；最终FPGA对获得的目标回波信号幅度信息和距离信息进行处理后经D／A转换器输出送入显示设备获得直观

8、目标1高灵敏度三维成像系统组成和工作原理三维图像。整个系统组成框图如图1所示。本系统主要由激光器、探测器、光机系统、控制单元、计时器单元、图像记录处理单元和显示单元等组成。其中回光接2系统接收电路主要模块设计收探测器是该系统的一个重要组成单元，采用了具有单光子2．1基于SPMArray4阵列探测器的回波信号读出电路设计探测能力的SPMArray4阵列。SPMArray4阵列探测器是由爱由于探测到的目