基于像素复用的SPAD阵列连续扫描三维成像

作者：康岩; 薛瑞凯; 李力飞; 张同意; 张勇; 赵卫

来源：红外与激光工程, 2021, 49(S2): 80-86.

• 光子计数
• 激光雷达
• 飞行时间
• 三维成像
• 连续扫描

基于单光子雪崩二极管(Single-photon avalanched diode,SPAD)阵列探测器的激光雷达系统具有单光子探测灵敏度、高时间分辨率及探测速率快等优点,在遥感测绘、目标识别和航天器着陆等领域具有广泛的应用前景。受限于当前SPAD阵列器件的较小像素规模和普遍存在的热像素等缺点,直接采用SPAD阵列所获取的三维图像质量差且成像范围小。提出了一种基于像素复用的SPAD阵列连续扫描三维成像方法以扩展成像范围,同时通过像素信息复用增加同一目标点的累积探测次数,以提高距离测量精度和三维成像质量。基于32×32规模SPAD阵列搭建了推扫式三维成像实验系统,通过对3.3 m外目标进行一维连续扫描成像实验,利用所提方法实现了快速大范围的光子计数三维成像(32×520/7 s),同时有效改善了热像素对成像结果的影响,三维图像的平面精度达2.3 mm。

• 单位
  中国科学院大学; 重庆长安工业(集团)有限责任公司; 中国科学院西安光学精密机械研究所; 瞬态光学与光子技术国家重点实验室