本发明涉及测距成像领域，具体涉及一种gan基混合式三维成像与测距装置。
背景技术：
目前，激光测距成为主流，而常见的激光测距仪均不能成像。激光的光强很强，如果照射到人的眼睛，会导致人体不识甚至短暂致盲，不适合在居家等环境中使用，且需要一个独立的激光发射源提供光源以及计数、计时的基点值。另一方面，红外成像仪作为成像方式的热门，成本低廉却不能用来测距，且红外成像仪最大的缺点是环境中发热的物体很多，容易造成相互干扰，形成误判。而采用ccd等的成像方式成本较高，且不利用于向单片集成方向扩展发展。
紫外日盲apd探测器采用了200-280nm的紫外波段，其电流增益可达1.6x105，响应速度快。而一般激光的波长均处在人眼实际可见的光波长范围内（312-1050nm）。紫外日盲apd探测器发出的光我们肉眼看不见，抗干扰能力极强，且能够在极暗环境下进行拍照，非常适合用来替代激光测距，使用户完全不察觉，还能够协助红外技术制作成像与人体识别。另外，gan材料通过对ingan和algan中in和al的组份，形成不同的红外探测二极管和紫外日盲apd二极管，可以将红外成像阵列和紫外日盲测距阵列整合在一起，做在同一个晶圆上，使其集成度提高，且相互不干扰、成本适中，从而实现高质量、人体无察觉的成像与测距功能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种gan基混合式三维成像与测距装置，该装置解决了激光测距仪均不能成像、激光刺眼、红外成像误判率高且为二维成像、ccd成像成本高且不易单片集成等问题。其包括使用单片集成的gan紫外发光二极管阵列，和gan紫外日盲apd、gan红外探测器非致冷焦平面阵列，可同时实现红外和紫外的成像和测距。其实现的特点是采用三种单片集成的gan器件的混合工作方式，在无需额外激光源的情况下，实现在极暗的环境下完成高质量的成像与测距，且抗干扰能力强、人体无察觉、成本适中、小尺寸、低损耗。
一种gan基混合式三维成像与测距装置，包括处理器、晶圆片、硅晶片、gan紫外发光二极管、gan紫外日盲apd、gan红外探测管和pcb板，所述gan紫外发光二极管、gan紫外日盲apd和gan红外探测管各设有若干个，并对应阵列在晶圆片上构成单片集成一，所述硅晶片设有apd读出电路、红外读出电路和发光控制及计数电路，构成单片集成二，所述单片集成一设在单片集成二上方，所述单片集成二连接在pcb板的上表面，所述处理器设在pcb板的下表面。
优选的，所述单片集成一通过in柱与单片集成二互联。
优选的，所述晶圆片的衬底采用sic、gan、si或者蓝宝石制成。
优选的，所述硅晶片的衬底采用单晶si制成。
优选的，所述apd读出电路和发光控制及计数电路分别控制gan紫外日盲apd和gan紫外发光二极管工作于高频脉冲状态，且二者同步工作。
优选的，所述红外读出电路通过gan红外探测管联合紫外辅助成像、测距与物体识别，由处理器根据两者的数据构建三维环境图。
优选的，通过局部测绘法以及数据差值法，gan紫外日盲apd重点测绘红外图像的不同颜色深度的发光边界，进而对数据进行修正、判断以及三维重构。
本发明的优点在于：结构简单，解决了激光测距仪均不能成像、激光刺眼、红外成像误判率高且为二维成像、ccd成像成本高且不易单片集成等问题。其包括使用单片集成的gan紫外发光二极管阵列，和gan紫外日盲apd、gan红外探测器非致冷焦平面阵列，可同时实现红外和紫外的成像和测距。其实现的特点是采用三种单片集成的gan器件的混合工作方式，在无需额外激光源的情况下，实现在极暗的环境下完成高质量的成像与测距，且抗干扰能力强、人体无察觉、成本适中、小尺寸、低损耗。
附图说明
图1为本发明装置的原理图；
图2为本发明装置的结构示意图；
图3为本发明装置的工作流程示意图；
其中，1、处理器，2、晶圆片，3、硅晶片，4、gan紫外发光二极管，5、gan紫外日盲apd，6、gan红外探测管，7、pcb板，8、in柱。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图3所示，一种gan基混合式三维成像与测距装置，包括处理器1、晶圆片2、硅晶片3、gan紫外发光二极管4、gan紫外日盲apd5、gan红外探测管6和pcb板7，所述gan紫外发光二极管4、gan紫外日盲apd5和gan红外探测管6各设有若干个，并对应阵列在晶圆片2上构成单片集成一，所述硅晶片3设有apd读出电路、红外读出电路和发光控制及计数电路，构成单片集成二，所述单片集成一设在单片集成二上方，所述单片集成二连接在pcb板7的上表面，所述处理器1设在pcb板7的下表面。形成上中下层叠式结构，整个系统结构简单、紧凑、尺寸小且各采用不同材质有效降低成本。
所述单片集成一通过in柱8与单片集成二互联。
所述晶圆片2的衬底采用sic、gan、si或者蓝宝石制成。降低成本，减小装置系统的尺寸。
所述硅晶片3的衬底采用单晶si制成。降低成本，减小装置系统的尺寸。
所述apd读出电路和发光控制及计数电路分别控制gan紫外日盲apd5和gan紫外发光二极管4工作于高频脉冲状态，且二者同步工作。实现对发光到光探测之间的时间差，并进行计数，并使gan紫外日盲apd5阵列工作于间歇式扫描模式，降低功耗，减小gan紫外日盲apd5阵列的器件数量和器件尺寸，降低成本。
所述红外读出电路通过gan红外探测管6联合紫外辅助成像、测距与物体识别，由处理器1根据两者的数据构建三维环境图。
通过局部测绘法以及数据差值法，gan紫外日盲apd5重点测绘红外图像的不同颜色深度的发光边界，进而对数据进行修正、判断以及三维重构。提高成像清晰度和边界锐度、降低误判率。
具体实施方式及原理：
结构上，如图2所示，采用单片集成的方式将gan紫外发光二极管4、gan紫外日盲apd5和gan红外探测管6阵列做在同一晶圆片1上构成单片集成一，晶圆片1的衬底采用sic或者gan、si、蓝宝石；采用单片集成的方式将apd读出电路、红外读出电路和发光控制及计数电路做在同一硅晶片3上构成单片集成二，硅晶片3的衬底采用si；单片集成一和单片集成二采用in柱8互联，单片集成一在上层，单片集成二在下层，然后单片集成二贴在pcb板7的顶层toplayer，处理器1表贴在pcb板7的底层bottomlayer，形成上中下层叠式结构，可减小系统尺寸、降低系统成本。
gan红外探测管6红外成像的原理与普通红外热像仪的工作原理完全一样，即通过探测被测物发出的红外线分布图形，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度，问题是，普通的红外热像仪的像是二维的，要想生成三维图像，则需要对图像中每个像素所处的坐标加以测定，在本案例中则采用紫外测距与成像技术辅助生成三维图像。
gan紫外发光二极管4阵列通过发光及计量控制电路控制，由处理器1根据红外数据及图像的边界等重点参考依据输入情况，在需要的时候以高频方式发出脉冲控制gan紫外发光二极管4阵列发光，然后发出的光经过传播到碰到被测物后反射或散射回来被gan紫外apd5阵列接收，通过同步的发光及计量控制电路和apd读出电路对发光到接收的这段飞行时间进行精确测量并送给处理器1，从而获得被测物到gan紫外apd5阵列的距离，再通过环境中其它物品的相对位置即可获得每个物品的精确坐标，流程如图三所示。该方法避免了采用直接计数方式所带来的精度低的问题，其中，计时的可编程逻辑器件plc精度可采用皮秒量级，使测量精度提高至500nm以下。为保证gan紫外发光二极管发出的紫外光波长在200-280nm之间，可通过调节alxga1-xn中al组份来实现。
gan紫外日盲apd5阵列通过探测由gan紫外发光二极管4阵列发出的紫外光。利用gan器件的高频特性优势，gan紫外日盲apd阵列的成像采取工作于高频脉冲模式下，并且重点是辅助测绘红外图像的不同颜色深度的发光边界以及对红外图像中各像素的坐标进行测定，进而对数据进行修正、判断以及三维重构，因此，用于紫外成像的gan紫外日盲apd5阵列器件数量可以大大减少，一般来说，对于一个大约20平米的普通房间，只需256x256的阵列即可满足成像和测距要求。
基于上述，本发明结构简单，解决了激光测距仪均不能成像、激光刺眼、红外成像误判率高且为二维成像、ccd成像成本高且不易单片集成等问题。其包括使用单片集成的gan紫外发光二极管阵列，和gan紫外日盲apd、gan红外探测器非致冷焦平面阵列，可同时实现红外和紫外的成像和测距。其实现的特点是采用三种单片集成的gan器件的混合工作方式，在无需额外激光源的情况下，实现在极暗的环境下完成高质量的成像与测距，且抗干扰能力强、人体无察觉、成本适中、小尺寸、低损耗。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
1.一种gan基混合式三维成像与测距装置，其特征在于，包括处理器（1）、晶圆片（2）、硅晶片（3）、gan紫外发光二极管（4）、gan紫外日盲apd（5）、gan红外探测管（6）和pcb板（7），所述gan紫外发光二极管（4）、gan紫外日盲apd（5）和gan红外探测管（6）各设有若干个，并对应阵列在晶圆片（2）上构成单片集成一，所述硅晶片（3）设有apd读出电路、红外读出电路和发光控制及计数电路，构成单片集成二，所述单片集成一设在单片集成二上方，所述单片集成二连接在pcb板（7）的上表面，所述处理器（1）设在pcb板（7）的下表面。
2.根据权利要求1所述的一种gan基混合式三维成像与测距装置，其特征在于：所述单片集成一通过in柱（8）与单片集成二互联。
3.根据权利要求1所述的一种gan基混合式三维成像与测距装置，其特征在于：所述晶圆片（2）的衬底采用sic、gan、si或者蓝宝石制成。
4.根据权利要求1所述的一种gan基混合式三维成像与测距装置，其特征在于：所述硅晶片（3）的衬底采用单晶si制成。
5.根据权利要求1所述的一种gan基混合式三维成像与测距装置，其特征在于：所述apd读出电路和发光控制及计数电路分别控制gan紫外日盲apd（5）和gan紫外发光二极管（4）工作于高频脉冲状态，且二者同步工作。
6.根据权利要求1所述的一种gan基混合式三维成像与测距装置，其特征在于：所述红外读出电路通过gan红外探测管（6）联合紫外辅助成像、测距与物体识别，由处理器（1）根据两者的数据构建三维环境图。
7.根据权利要求6所述的一种gan基混合式三维成像与测距装置，其特征在于：通过局部测绘法以及数据差值法，gan紫外日盲apd（5）重点测绘红外图像的不同颜色深度的发光边界，进而对数据进行修正、判断以及三维重构。
技术总结