專利名稱：一種基于mems二維掃描鏡的四維成像裝置及其成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種成像裝置，尤其是一種基于MEMS 二維掃描鏡的四維成像裝置及其成像方法。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)的發(fā)展，脈沖激光的測距技術(shù)已經(jīng)趨于完善和成熟。同時，配合以微電子機械系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical System, MEMS)為核心掃描器件的激光主動探測裝置也有了一定的發(fā)展。然而傳統(tǒng)的激光主動探測裝置雖然可以精確的生成被測區(qū)域的三維圖像，但是對于被測區(qū)域表面的特征卻無法提取
發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于MEMS 二維掃描鏡的四維成像裝置及其成像方法，該裝置將被測區(qū)域的三維圖像與被測目標(biāo)表面對于激光反射情況信息整合，提供被測區(qū)域的四維信息，能更好地反映被測區(qū)域的特征。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種基于MEMS 二維掃描鏡的四維成像裝置，包括CPU模塊、脈沖激光器、MEMS 二維掃描鏡、脈沖峰值保持電路、MEMS 二維掃描鏡測角裝置、半透半反鏡、第一脈沖激光接收模塊、第二脈沖激光接收模塊、時間間隔測量模塊；所述MEMS 二維掃描鏡固定在半透半反鏡的正前方，半透半反鏡固定在脈沖激光器的正前方，MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置(6)固定在MEMS 二維掃描鏡的兩個轉(zhuǎn)動軸上；所述CPU模塊通過第一、二 AD轉(zhuǎn)換器分別與MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置和脈沖峰值測量電路(4)連接；所述時間間隔測量模塊也連接至CPU模塊；所述第一脈沖激光接收模塊和第二脈沖激光接收模塊均與時間間隔測量模塊相連；所述第二脈沖激光接收模塊還與脈沖峰值測量電路的輸入端連接。本發(fā)明還提出一種上述的四維成像裝置的成像方法，具體為I)脈沖激光器發(fā)射脈沖激光束，激光束經(jīng)過半透半反鏡后分為兩路，一路激光束經(jīng)MEMS 二維掃描鏡掃描后照射到被測目標(biāo)上，另一路照射到第一脈沖激光接收模塊上，照射到被測目標(biāo)后的反射激光被第二脈沖激光接收模塊接收，第一脈沖激光接收模塊和第二脈沖激光接收模塊分別生成兩路脈沖信號輸入給時間間隔測量模塊；時間間隔測量模塊測量這兩路脈沖信號的時間差，所述CPU模塊由時間間隔測量模塊中讀取該時間差并計算出被測目標(biāo)的距離；2)脈沖峰值測量電路將第二脈沖激光接收模塊接收的脈沖信號峰值保持住，并通過第二 A/D轉(zhuǎn)換器將脈沖峰值信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述CPU模塊讀取該峰值信號；3)MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置輸出兩路電壓信號用以控制MEMS 二維掃描鏡的轉(zhuǎn)角，第一 A/D轉(zhuǎn)換器同時測量這兩路電壓信號，CPU模塊讀取這兩路電壓信號；4) CPU模塊將讀取到的距離信息，脈沖峰值信息，MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角信息，組合在一起生成四維圖像。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明將被測區(qū)域的三維圖像與被測目標(biāo)表面對于激光反射情況信息整合，提供被測區(qū)域的四維信息，能更好地反映被測區(qū)域的特征。本發(fā)明通過可以同時獲得目標(biāo)的距離和強度圖像，與傳統(tǒng)的單一模式的距離或強度相比，更有利于對目標(biāo)的識別和跟蹤。


圖I為本發(fā)明的裝置各部分的連接框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述參見圖I，本發(fā)明基于MEMS 二維掃描鏡的四維成像裝置，包括CPU模塊I、脈沖激光器2、MEMS 二維掃描鏡3、脈沖峰值保持電路4、MEMS 二維掃描鏡測角裝置6、半透半反鏡
7、第一脈沖激光接收模塊(8)、第二脈沖激光接收模塊9、時間間隔測量模塊10。MEMS 二維掃描鏡3固定在半透半反鏡7的正前方，半透半反鏡7固定在脈沖激光器2的正前方，MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置6固定在MEMS 二維掃描鏡3的兩個轉(zhuǎn)動軸上;CPU模塊I通過第一、二 AD轉(zhuǎn)換器11，5分別與MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置6和脈沖峰值測量電路4連接；所述時間間隔測量模塊10也連接至CPU模塊I ;第一脈沖激光接收模塊8和第二脈沖激光接收模塊9)均與時間間隔測量模塊10相連；第二脈沖激光接收模塊9還與脈沖峰值測量電路4的輸入端連接。以上所述的四維成像裝置的成像方法為I)脈沖激光器2發(fā)射脈沖激光束，激光束經(jīng)過半透半反鏡7后分為兩路，一路激光束經(jīng)MEMS 二維掃描鏡3掃描后照射到被測目標(biāo)上，另一路照射到第一脈沖激光接收模塊8上，照射到被測目標(biāo)后的反射激光被第二脈沖激光接收模塊9接收，第一脈沖激光接收模塊8和第二脈沖激光接收模塊9分別生成兩路脈沖信號輸入給時間間隔測量模塊10 ;時間間隔測量模塊10測量這兩路脈沖信號的時間差，CPU模塊I由時間間隔測量模塊10中讀取該時間差并計算出被測目標(biāo)的距離；2)脈沖峰值測量電路4將第二脈沖激光接收模塊9接收的脈沖信號峰值保持住，并通過第二 A/D轉(zhuǎn)換器5將脈沖峰值信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，CPU模塊I讀取該峰值信號；3)MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置6輸出兩路電壓信號用以控制MEMS 二維掃描鏡3的轉(zhuǎn)角，第一 A/D轉(zhuǎn)換器11同時測量這兩路電壓信號，CPU模塊I讀取這兩路電壓信號；4) CPU模塊I將讀取到的距離信息，脈沖峰值信息，MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角信息，組合在一起生成四維圖像。
權(quán)利要求
1.一種基于MEMS 二維掃描鏡的四維成像裝置，其特征在于，包括CPU模塊(I )、脈沖激光器(2)、MEMS 二維掃描鏡(3)、脈沖峰值保持電路(4)、MEMS 二維掃描鏡測角裝置(6)、半透半反鏡(7)、第一脈沖激光接收模塊(8)、第二脈沖激光接收模塊(9)、時間間隔測量模塊(10)； 所述MEMS 二維掃描鏡(3)固定在半透半反鏡(7)的正前方，半透半反鏡(7)固定在脈沖激光器(2)的正前方，MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置(6)固定在MEMS 二維掃描鏡(3)的兩個轉(zhuǎn)動軸上；所述CPU模塊(I)通過第一、二 AD轉(zhuǎn)換器(11，5 )分別與MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置(6)和脈沖峰值測量電路(4)連接；所述時間間隔測量模塊(10)也連接至CPU模塊(I);所述第一脈沖激光接收模塊(8)和第二脈沖激光接收模塊(9)均與時間間隔測量模塊(10)相連；所述第二脈沖激光接收模塊(9)還與脈沖峰值測量電路(4)的輸入端連接。
2.—種權(quán)利要求I所述的四維成像裝置的成像方法，其特征在于 1)脈沖激光器(2)發(fā)射脈沖激光束，激光束經(jīng)過半透半反鏡(7)后分為兩路，一路激光束經(jīng)MEMS 二維掃描鏡(3)掃描后照射到被測目標(biāo)上，另一路照射到第一脈沖激光接收模塊(8)上，照射到被測目標(biāo)后的反射激光被第二脈沖激光接收模塊(9)接收，第一脈沖激光接收模塊(8)和第二脈沖激光接收模塊(9)分別生成兩路脈沖信號輸入給時間間隔測量模塊(10);時間間隔測量模塊(10)測量這兩路脈沖信號的時間差，所述CPU模塊(I)由時間間隔測量模塊(10)中讀取該時間差并計算出被測目標(biāo)的距離； 2)脈沖峰值測量電路(4)將第二脈沖激光接收模塊(9)接收的脈沖信號峰值保持住，并通過第二 A/D轉(zhuǎn)換器(5)將脈沖峰值信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述CPU模塊(I)讀取該峰值信號; 3)MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角測量裝置(6)輸出兩路電壓信號用以控制MEMS 二維掃描鏡(3 )的轉(zhuǎn)角，第一 A/D轉(zhuǎn)換器(I I)同時測量這兩路電壓信號，CPU模塊(I)讀取這兩路電壓信號; 4)CPU模塊(I)將讀取到的距離信息，脈沖峰值信息，MEMS 二維掃描鏡轉(zhuǎn)角信息，組合在一起生成距離-角度-角度-強度四維圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于MEMS二維掃描鏡的四維成像裝置及其成像方法，該裝置包括CPU模塊、脈沖激光器、MEMS二維掃描鏡、脈沖峰值保持電路、MEMS二維掃描鏡測角裝置、半透半反鏡、第一脈沖激光接收模塊、第二脈沖激光接收模塊、時間間隔測量模塊。本發(fā)明將被測區(qū)域的三維圖像與被測目標(biāo)表面對于激光反射情況信息整合，提供被測區(qū)域的四維信息，能更好地反映被測區(qū)域的特征。
文檔編號G01S17/89GK102944879SQ201210435370
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者孫劍, 田征, 侯德門, 郭鵬斌 申請人:西安交通大學(xué)