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)

0 引言

高灵敏度激光三维成像探测是利用激光器设备，通过发射大功率，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丰富的信息，如距离、方位、大小和姿态等，极大地改进了对目标识别和分类的性能，因而得到越来越广泛的应用［1］。

三维成像的核心问题是距离信息的获取，并在此基础上形成角度－角度－距离三维目标图像。本文提出了一种基于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，重点论述了测距模块的技术设计方案，并有效提高了测距精度。

1 高灵敏度三维成像系统组成和工作原理

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，采用了具有单光子探测能力的SPMArray4阵列。SPMArray4阵列探测器是由爱尔兰SENSL公司生产的一款高灵敏度阵列探测器，该探测器总共有16个像素，每个像素由3640个雪崩光电二极管微元组成，当其工作在盖革模式下时具备单光子探测能力，具有灵敏度高、一致性好、增益大(以上)、尺寸小(13mm*13mm)、不受电磁场影响、工作电压低(30V以上)等众多优点。

系统工作时，首先根据需要调整激光器激光重复频率和光强，发射激光去照射被探测目标;激光出光探测器准确探测激光的出光时刻并送出一出光信号，此信号送入FPGA控制单元，作为各种脉冲时序同步源。……