基于压缩感知的激光雷达成像系统

摘要

本实用新型公开了一种基于压缩感知的激光雷达成像系统。系统采用单元雪崩二极管APD，有效的突破了目前国产线阵雪崩二极管无法大规模集成的瓶颈问题。系统由激光发射模块，望远镜成像模块，数字微反射镜DMD及控制模块，雪崩二极管APD，同步模块，数据采集模块，图像重构模块组成。该专利通过激光发射模块向目标发射脉冲激光，目标反射回波被数字微反射镜DMD调制，再经过汇聚镜头给单元雪崩二极管APD实现在时间序列上的采样，最后基于压缩感知理论，采用相关的算法重构目标的三维像。本实用新型的优点是：无需任何扫描，结构简单，图像重构所需的数据量小，探测灵敏度高。

主权项

一种基于压缩感知的激光雷达成像系统，它包括：激光发射模块(1)；望远镜成像模块(2)；数字微反射镜DMD及控制模块(3)；光学汇聚透镜(4)；雪崩二极管APD(5)；数据采集模块(6)；图像重构模块(7)；同步模块(8)；其特征在于：所述的激光发射模块(1)采用波长1064nm的脉冲式激光器，其重复频率100Hz，脉冲能量200mJ；所述的望远镜成像模块(2)采用焦距为304.8mm，口径为101.6mm的望远镜；所述的数字微反射镜DMD及控制模块(3)中的数字微反射镜DMD采用1024×768像素，像素大小为13.69μm的DMD；所述的数据采集模块(6)采用的采集卡量化位数为10位，采样率5GSPS；所述的同步模块(8)采用FPGA芯片产生三路同步信号；同步模块(8)发射同步信号给激光发射模块(1)和数字微反射镜DMD及控制模块(3)，激光发射模块(1)收到同步信号后，开始向场景目标发射脉冲激光，设定场景目标有k个，被目标反射的回波信号依次记为：x¹,x²...x^k；数字微反射镜DMD及控制模块(3)同时也收到同步信号，然后由控制模块加载一个调制模板，发送给DMD，调制模板的总数设定为M个，第M次调制时的调制模板记为：θ_M，具体取值为一个高斯随机分布的m×n阶矩阵，矩阵元素的取值为0或者1，M的取值范围为：其中N＝m×n，S为x^k的稀疏度；经过DMD调制后的回波信号被光学汇聚透镜(4)汇聚到雪崩二极管APD(5)上。在DMD的每一次调制过程中，不同距离的目标回波信号到达APD上的时间不同，将时间依次记为：最终在APD探测器上探测到的信号会依次出现多个峰值，每一个峰值对应一个目标物体；雪崩二极管APD(5)探测到的信号经过数据采集模块(6)采集后，在时间序列上，依次得到对应的M组数字信号值：最后，图像重构模块(7)对数据采集模块(6)采集到的信号进行处理，最终得到每个目标的三维像。