动态距离选通激光三维成像关键技术的研究

论文摘要

距离选通激光成像技术作为非扫描激光成像技术的一种,具有结构紧凑、成像帧频高、视场大等特点。相比于其他非扫描成像技术,距离选通激光成像技术在抑制后向散射,提高目标信噪比方面有着突出的特性。本文主要论述距离选通激光三维成像应用于运动环境中的可行性,并对实现动态距离选通激光三维成像的关键技术进行研究。本文主要开展了以下三方面的工作:首先,从原理上说明了距离选通激光三维成像应用于动态成像时会产生的问题并提出动态距离选通激光成像的关键技术。通过分析距离选通成像原理及特点,说明了动态中实现距离选通切片成像与静态中的不同,包括目标快速定位问题以及对数据的传输及存储速度的要求。提出了动态下对目标距离处选通门延时控制技术和连续成像时图像数据的高速传输及存储技术。然后,对两项动态成像关键技术进行分析研究。对于动态下对目标处距离选通门延时控制技术,采用了GPS获取目标实时距离及系统实时速度的方案,解决了距离选通激光成像在连续获得目标切片像的延时控制准确性的问题。对于连续成像时图像数据的高速传输及存储技术,分析了现有器件的数据传输与存储能力,并选取了千兆以太网接口并设计了磁盘阵列存储方案解决了图像高速传输及存储的问题。最后,进行了动态距离选通激光三维成像系统的测试试验。首先在静态时对各器件进行了测试,对距离选通激光三维成像的延时控制技术进行了测试,选通门控最小可达到8ns,延时控制精度可达到2.5ns,并实现了对目标连续切片成像控制,补偿掉速度带来的图像错动。然后对数据高速传输及存储技术进行了测试,系统可实现200帧/s的传输存储要求,且丢帧率<5‰。然后完成静态成像测试试验,获得最小选通门控可达到1.7m,延时精度可达到0.5m的连续切片成像。测试结果说明了这两项技术可以实现动态距离选通激光三维成像。最后进行了动态距离选通激光三维成像实验,获得了目标的切片像,并合成了目标的三维像。验证了距离选通激光三维成像应用于运动下是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 激光成像技术的发展
• 1.2.2 距离选通激光成像技术的发展
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 动态距离选通激光三维成像理论分析
• 2.1 静态距离选通激光三维成像原理
• 2.2 动态距离选通激光三维成像理论
• 2.2.1 动态下目标处距离选通门延时制理论
• 2.2.2 动态距离选通激光成像数据的传输与存储理论
• 2.3 距离选通激光像在距离上的灰度分布模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 动态距离选通激光成像关键技术研究
• 3.1 动态下在目标距离处进行选通成像方案分析
• 3.2 距离选通激光成像系统下的时控分析
• 3.2.1 距离选通激光成像系统各器件时序分析
• 3.2.2 时钟方案分析
• 3.3 动态距离选通激光成像雷达数据高速获取及存储分析
• 3.4 动态距离选通距离像的合成分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 动态成像关键技术的试验验证
• 4.1 动态距离选通激光三维成像系统的延时控制技术测试
• 4.1.1 激光发射器控制信号测试
• 4.1.2 选通门控信号测试
• 4.1.3 距离选通激光成像技术中选通延时控制测试
• 4.1.4 成像器控制测试
• 4.1.5 连续步进距离选通成像控制信号测试
• 4.1.6 运动下选通成像延时控制测试
• 4.2 连续距离选通激光成像的存储测试
• 4.3 静态距离选通激光成像测试
• 4.3.1 成像距离门宽测试
• 4.3.2 选通距离延时精度测试
• 4.3.3 静态距离选通三维成像测试
• 4.4 动态距离选通激光成像试验结果
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢