本發(fā)明涉及一種3D/2D非掃描激光雷達(dá)復(fù)合成像裝置，屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在軍事、民用等領(lǐng)域，現(xiàn)有的被動成像方式已經(jīng)滿足不了社會發(fā)展的需要。現(xiàn)有的被動成像方式只能得到物體的強(qiáng)度像而無法得到物體的三維信息，所以以激光雷達(dá)為代表的主動成像方式變的尤為重要。當(dāng)前成像激光雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)方式有很多，采用掃描方式的激光雷達(dá)已經(jīng)比較成熟，但是掃描激光雷達(dá)有著一些固有的缺點(diǎn)，掃描機(jī)制使雷達(dá)無法對高速移動的物體進(jìn)行成像、掃描機(jī)構(gòu)的存在降低了整體的機(jī)構(gòu)可靠性、增加了機(jī)構(gòu)的體積和重量等這些無法克服的問題預(yù)示著非掃描成像方式最終一定會取代掃描成像方式。實(shí)現(xiàn)非掃描成像激光雷達(dá)的方式同樣有很多，就其未來發(fā)展前景來說，由于APD陣列的成像方式具有主要器件均為硅材料器件、加工技術(shù)成熟、便于集成、無真空輔助器件等優(yōu)勢，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N成像方式，。但是受到當(dāng)前加工工藝的限制，APD陣列探測器的像素?cái)?shù)還不能做到太大，這樣的像素?cái)?shù)很難滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，因此很難直接用APD陣列探測器得到高分辨率距離圖像。當(dāng)前焦平面陣列探測器的發(fā)展要優(yōu)于APD陣列探測器發(fā)展，焦平面陣列可以做到的像素?cái)?shù)量遠(yuǎn)大于APD陣列探測器的像素?cái)?shù)，利用焦平面陣列的成像方式，可以得到物體的強(qiáng)度像。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)物體的距離像和強(qiáng)度像之間存在著某種聯(lián)系，可以利用這種聯(lián)系將APD陣列探測器的低分辨率距離像與焦平面陣列探測器的高分辨率強(qiáng)度像進(jìn)行融合得到一幅擁有較高分辨率的距離圖像。這樣可以彌補(bǔ)APD陣列探測器無法做到多像素的缺點(diǎn)，可以得到一幅具有高分辨率的距離圖像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決了當(dāng)前APD陣列探測器無法做到多像素的問題，提出了一種APD陣列探測器數(shù)據(jù)與焦平面陣列數(shù)據(jù)相融合的裝置。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是一種3D/2D非掃描激光雷達(dá)復(fù)合成像裝置。該裝置包括短波紅外激光器、反射鏡、APD探測器、擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)、接收光學(xué)系統(tǒng)、濾光片、半透半反鏡、APD陣列探測器、放大電路、TDC計(jì)時電路、焦平面陣列探測器、DSP高速數(shù)據(jù)處理板卡和顯示器；所述的短波紅外激光器在接收到脈沖觸發(fā)信號時發(fā)射大電流窄脈沖信號；所述的反射鏡對光能量進(jìn)行分割；所述的APD探測器將光脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號；所述的擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)具有兩組鏡頭，并且鏡頭表面鍍有905nm的紅外增透膜，兩組鏡頭分別用于激光束的擴(kuò)束和整形；所述的接收光學(xué)系統(tǒng)是大口徑長焦的折反射式望遠(yuǎn)接收光學(xué)系統(tǒng)；所述的濾光片能夠?qū)饽芰窟M(jìn)行選通；所述的半透半反鏡對光能量進(jìn)行分割，其中50％的光能量被反射和50％的光能量被透射；所述的APD陣列探測器和焦平面陣列探測器是面陣的接收器件；所述的放大電路對APD陣列探測器輸出的每一路電信號進(jìn)行一致的放大；所述的TDC計(jì)時電路對APD陣列探測器輸出的每一路電信號進(jìn)行精確的計(jì)時；所述的高速數(shù)據(jù)處理板卡是基于DSP芯片設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理板卡，該芯片同時作為控制芯片使用，是整個系統(tǒng)的控制端；所述的顯示器是液晶顯示器。工作過程為：短波紅外激光器發(fā)射短波紅外激光光束，激光光束經(jīng)擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)后射向目標(biāo)并被反射，經(jīng)望遠(yuǎn)接收光學(xué)系統(tǒng)接收，被接收的光線經(jīng)過濾光玻璃濾除背景光線。當(dāng)光線照射到半透半反鏡上時，光線被分成兩束，其中一束照射到APD陣列探測器，生成一幅低分辨率距離像；另一束光束照射到焦平面陣列探測器以生成一幅高分辨率強(qiáng)度像，高速數(shù)據(jù)處理板卡對兩幅圖像進(jìn)行算法處理得到高分辨率距離圖像。有益效果本發(fā)明利用低分辨率的APD距離圖像與高分辨率的焦平面強(qiáng)度圖像進(jìn)行融合，最終得到高分辨率的距離圖像，解決了當(dāng)前由于材料工藝限制而無法制造高分辨率APD陣列探測器、無法得到高分辨率距離圖像的問題。擴(kuò)展了APD陣列探測器的應(yīng)用。附圖說明圖1為實(shí)施例中一種3D/2D非掃描激光雷達(dá)復(fù)合成像裝置的示意圖；其中，1-短波紅外激光器、2-反射鏡、3-APD單點(diǎn)探測器、4-擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)、5-接收光學(xué)系統(tǒng)、6-濾光片、7-半透半反鏡、8-APD陣列探測器、9-高速放大電路、10-TDC計(jì)時電路、11-焦平面陣列探測器、12-高速數(shù)據(jù)處理板卡、13-液晶顯示器；具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例一種3D/2D非掃描激光雷達(dá)復(fù)合成像裝置。如圖1所示，該裝置包括短波紅外激光器1、反射鏡2、APD探測器3、擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)4、接收光學(xué)系統(tǒng)5、濾光片6、半透半反鏡7、APD陣列探測器8、放大電路9、TDC計(jì)時電路10、焦平面陣列探測器11、DSP高速數(shù)據(jù)處理板卡12和顯示器13；所述的短波紅外激光器(1)能夠在接收到脈沖觸發(fā)信號時發(fā)射脈沖寬度小于20ns、峰值功率大于150W、脈沖上升沿小于10ns、波長為905nm、重復(fù)頻率小于1KHz和發(fā)射發(fā)散角較小的脈沖激光，該激光器單色性足夠好，穩(wěn)定性足夠強(qiáng)，并且該激光器有相應(yīng)的散熱措施，能夠長時間工作；所述的反射鏡(2)能夠?qū)饽芰窟M(jìn)行分割，其中5％的光能量被反射和95％的光能量被透射，透射光路與反射光路恰好垂直；所述的APD探測器(3)能夠?qū)⒐饷}沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號，要求探測器帶寬足夠高，能夠探測到窄脈沖信號；所述的擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)(4)具有兩組鏡頭，并且鏡頭表面鍍有905nm的紅外增透膜，兩組鏡頭分別用于激光束的擴(kuò)束和整形，擴(kuò)束使照射光斑面積足夠大，整形使光斑光強(qiáng)分部盡量均勻；所述的接收光學(xué)系統(tǒng)(5)是大口徑長焦的折反射式望遠(yuǎn)接收光學(xué)系統(tǒng)，其口徑為120mm，焦距為800mm，鏡頭表面鍍有905nm的紅外增透膜，成像質(zhì)量高，畸變與像差?。凰龅臑V光片(6)能夠?qū)饽芰窟M(jìn)行選通，只有905nm的光波長能夠通過，帶寬為20nm；所述的半透半反鏡(7)，其特征在于該鏡片能夠?qū)饽芰窟M(jìn)行分割，其中50％的光能量被反射和50％的光能量被透射，透射光路與反射光路恰好垂直；所述的APD陣列探測器(8)和焦平面陣列探測器(11)是面陣的接收器件，APD陣列探測器的帶寬足夠高，能夠探測窄脈沖信號，兩個探測器的靈敏度足夠高，能夠探測微弱的光信號；所述的放大電路(9)能夠?qū)PD陣列探測器輸出的每一路電信號進(jìn)行一致的放大，電路的帶寬足夠高，能夠不失真的放大高速電信號，探測器周圍部有相應(yīng)的散熱裝置以降低探測器的溫度；所述的TDC計(jì)時電路(10)能對APD陣列探測器輸出的每一路電信號進(jìn)行精確的計(jì)時，其根據(jù)開始計(jì)時觸發(fā)信號與終止計(jì)時觸發(fā)信號進(jìn)行計(jì)時，計(jì)時精度達(dá)到90ps；所述的高速數(shù)據(jù)處理板卡(12)是基于DSP芯片設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理板卡，該板卡內(nèi)存足夠大，運(yùn)算速度足夠快，能夠迅速的執(zhí)行所設(shè)計(jì)的融合算法，能夠?qū)崿F(xiàn)后續(xù)圖像的實(shí)時顯示，該芯片同時作為控制芯片使用，是整個系統(tǒng)的控制端，能夠控制激光器何時發(fā)射激光脈沖以及何時顯示融合后的距離圖像；所述的顯示器(13)是液晶顯示器。工作過程為：高速DSP板卡12向短波紅外激光器1發(fā)射起始信號，短波紅外激光器1在接收到觸發(fā)信號后發(fā)射短波紅外激光光束，光束經(jīng)過具有5％反射95％透射能力的反射鏡2，反射光束被APD探測器3接收轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，這一信號作為開始計(jì)時的觸發(fā)信號送入TDC計(jì)時電路10；透射光束經(jīng)擴(kuò)束整形光學(xué)系統(tǒng)4后射向目標(biāo)并被反射，經(jīng)望遠(yuǎn)接收光學(xué)系統(tǒng)5接收，被接收的光線經(jīng)過濾光玻璃6濾除背景光線。當(dāng)光線照射到半透半反鏡7上時，光線被分成兩束，其中一束照射到APD陣列探測器8，輸出的每一路電信號經(jīng)放大電路9放大后作為終止計(jì)時的觸發(fā)信號送入TDC計(jì)時電路10，TDC計(jì)時電路10對每一路電信號進(jìn)行計(jì)時生成一幅低分辨率距離像，然后此距離像被送入DSP高速板卡12；另一束光束照射到焦平面陣列探測器11以生成一幅高分辨率強(qiáng)度像，然后此強(qiáng)度像同樣被送入DSP高速板卡12，高速數(shù)據(jù)處理板卡12對兩幅圖像進(jìn)行算法處理得到高分辨率距離圖像并在顯示器13上實(shí)時顯示，當(dāng)融合圖像已被顯示后，DSP控制芯片12向激光器1發(fā)射觸發(fā)信號以開始新一輪的采集。工作原理：APD陣列探測器的計(jì)時原理為計(jì)算飛行時間法，TDC芯片會計(jì)算出從激光脈沖發(fā)射起，一直到激光脈沖信號被APD像素接收到為止的時間間隔，然后依據(jù)公式x＝0.5c*t計(jì)算出每個像素的距離值，TDC的開始計(jì)時信號來自于發(fā)射系統(tǒng)的APD探測器，而終止計(jì)時信號來自于APD陣列探測器經(jīng)放大電路放大后的每一路電信號；目標(biāo)反射回來的光線，經(jīng)過半透半反鏡被分成能量相同的兩束，一束照射到APD陣列探測器，得到一幅低分辨率的距離像；另外一束光線照射到焦平面陣列探測器，得到一幅較高分辨率的強(qiáng)度像。由于兩幅圖像公用相同的光學(xué)接收系統(tǒng)所以屬于共視場圖像；APD陣列平面與焦平面陣列平面必須恰好在物體的像平面上，以滿足成像關(guān)系。根據(jù)分析共視場的強(qiáng)度像與距離像滿足一定的關(guān)系，所以可以利用這一關(guān)系設(shè)計(jì)融合算法將兩幅圖像融合，得到一幅較高分辨率的距離圖像。