無掃描增益調(diào)制激光三維成像的研究.pdf

1、無掃描激光成像雷達(dá)因其拋棄了機(jī)械掃描裝置而具有高幀頻、寬視場、體積小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，因此已經(jīng)成為未來成像激光雷達(dá)發(fā)展的趨勢。無掃描激光雷達(dá)研究的難點(diǎn)在于如何用面陣探測器去獲得目標(biāo)的距離像。一種實(shí)現(xiàn)途徑是利用現(xiàn)有的比較成熟的器件，通過改進(jìn)測距方式，間接地獲取目標(biāo)的距離像。增益調(diào)制激光三維成像就是我們在脈沖 SRI激光三維成像基礎(chǔ)上做了一定改進(jìn)后形成的無掃描激光三維成像方法。本論文從理論和實(shí)驗(yàn)上對增益調(diào)制激光三維成像技術(shù)做初步的探索。

2、r>　　研究了無掃描增益調(diào)制激光三維成像方法。采用窄脈沖固體激光器作為發(fā)射光源照明目標(biāo)，具有單調(diào)時(shí)變增益的ICCD作為成像探測器。利用回波脈沖的飛行時(shí)間和其瞬時(shí)增益之間的一一映射關(guān)系解算出目標(biāo)距離。將可用于測距的調(diào)制增益從正弦函數(shù)拓展到任意單調(diào)變化的函數(shù)，解算一幅距離像所需的強(qiáng)度像從四幅減少到兩幅。從理論上推導(dǎo)了增益調(diào)制三維成像的距離方程，搭建了原理性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并在室內(nèi)成功地獲取到35m到41m距離上的目標(biāo)距離像。
　　首次提出了

3、一種新的指數(shù)增益調(diào)制方式，這種增益調(diào)制下的距離精度和目標(biāo)相對距離沒有關(guān)系，而僅依賴于輸出信噪比和指數(shù)增益調(diào)制的時(shí)間常數(shù)。推導(dǎo)出在任意單調(diào)變化的調(diào)制增益下，增益調(diào)制三維成像的距離精度方程。距離精度方程顯示距離精度不僅依賴增益調(diào)制函數(shù)和增益調(diào)制函數(shù)導(dǎo)數(shù)的比值，而且和輸出信噪比有關(guān)。設(shè)計(jì)了精準(zhǔn)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對正弦、線性、指數(shù)三種增益調(diào)制函數(shù)下的系統(tǒng)距離精度進(jìn)行了測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好地驗(yàn)證了理論推導(dǎo)出的精度公式。通過外場實(shí)驗(yàn)分別測試了系統(tǒng)在線性增益調(diào)

4、制和指數(shù)增益調(diào)制下的距離精度。
　　探索了一種使用回波脈沖飛行時(shí)間的概率密度函數(shù)對距離精度進(jìn)行研究的方法。將兩次成像的輸入光電子數(shù)的比值作為輸入量，分別計(jì)算了輸入光電子數(shù)滿足泊松分布和高斯分布時(shí)輸入量的統(tǒng)計(jì)特征量和概率密度函數(shù)。分析了線性增益調(diào)制三維成像中調(diào)制增益對誤差的放大作用以及調(diào)制增益的微分對誤差的減小作用。計(jì)算了線性增益調(diào)制下飛行時(shí)間的概率密度函數(shù)，并且討論了指數(shù)增益調(diào)制下飛行時(shí)間的概率密度函數(shù)隨飛行時(shí)間、時(shí)間常數(shù)、以及信

5、噪比的變化規(guī)律。計(jì)算結(jié)果可以很好地解釋實(shí)驗(yàn)中距離精度的變化規(guī)律。
　　研究了適用于增益調(diào)制激光三維像的圖像濾波算法。針對增益調(diào)制三維距離像紋理區(qū)域較少和噪聲空間分布不均勻的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了篩選平均圖像濾波算法和自適應(yīng)均值漂移圖像濾波算法。篩選平均圖像濾波算法通過極點(diǎn)搜索對極值點(diǎn)進(jìn)行篩選，然后將包絡(luò)面的概念引入到三維圖像中去平滑被篩除點(diǎn)。改進(jìn)了用于圖像分割的均值漂移算法，提出自適應(yīng)均值濾波算法來對距離像進(jìn)行降噪濾波。通過和其他算法比較，表