新型三維主動光學成像理論與系統(tǒng)研究.pdf

1、三維主動光學探測技術(shù)或三維激光激光雷達技術(shù)是一種可以獲得目標三維空間信息的新型光學探測技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛應用在目標識別、機器人視覺、地形勘測、三維物體建模等各個領域。三維主動光學成像技術(shù)在遠距離探測上較其他的三維探測技術(shù)有速度快、分辨率高和可靠性高的優(yōu)點。三維主動光學成像技術(shù)作為一種新型的三維探測技術(shù)本身還在發(fā)展之中，理論基礎也在建立之中。本論文在理論上分析了影響三維探測性能的因素，提出并實現(xiàn)了新型的三維探測方法與系統(tǒng)。 從光源

2、上將已有的三維主動光學成像系統(tǒng)劃分為連續(xù)光源三維成像系統(tǒng)和脈沖光源三維成像系統(tǒng)。從光源、光傳播介質(zhì)、目標、背景和光電接收器等方面分析了影響以上兩種三維成像系統(tǒng)性能的因素。從信息學的角度，分析了已有的三維主動光學成像系統(tǒng)的性能，提出了測距極限分辨率的概念。 通過對連續(xù)光源三維成像系統(tǒng)的分析，從優(yōu)化光源調(diào)制方式角度提出了半波相關(guān)鑒相法，將測距極限分辨率提高了28％～50％。通過將間接差頻測距概念引入連續(xù)光源三維成像系統(tǒng)，提出了數(shù)值差

3、頻三維測距法，將絕對測距量程提高到原來的3倍。從補償后向散射光功率的角度出發(fā)，提出了后向散射實測法來消除后向散射光的影響。新方法擴展了連續(xù)光三維探測的應用范圍。 通過對脈沖光源三維成像系統(tǒng)的分析，通過測距原理上的創(chuàng)新提出了脈沖形狀無關(guān)的高線性度超測距分辨率三維成像方法。解決了原有超測距分辨率脈沖光源三維成像系統(tǒng)對光脈沖要求極高的問題。從而拓展了可使用的光源范圍，使三維成像在遠距離探測方法具有更大的發(fā)展空間。 研制的峰峰值

4、達鮒的高頻交流驅(qū)動電路，實現(xiàn)了對5W連續(xù)單管半導體激光器的3MHz調(diào)制。研制成峰峰值達600V的諧振高頻驅(qū)動電路，實現(xiàn)了對像增強器的方波調(diào)制。研制了高精度的高頻控制電路，頻率穩(wěn)定性好于0.015％，相位穩(wěn)定性好于0.5％。研制成功基于新方法的連續(xù)光源三維成像系統(tǒng)。三維成像獲得的圖像像素數(shù)為800×600，最高幀率為15幀每秒。實驗表明該系統(tǒng)在50米景深內(nèi)的測距精度為0.26米，200米處測距精度為1.2米。 研制的峰值電流達18

5、0A、脈沖寬度最窄為80ns、重復頻率最高50KHz、工作電壓最高60V的脈沖電流驅(qū)動電路，實現(xiàn)峰值功率864W、平均功率功率16.8W的激光脈沖輸出。 研制成最高重復率為lOOKHz、邊沿時間50ns的低電磁干擾門驅(qū)動電路，實現(xiàn)了對光電接收器的門選通驅(qū)動。采用恒壓驅(qū)動法實現(xiàn)了像增強器的線性時間增調(diào)制。研制的時間抖動小于1ns，可2ns步進時間差的雙路驅(qū)動信號輸出。實現(xiàn)了基于新方法的脈沖光源三維成像系統(tǒng)。三維成像獲得的圖像像素數(shù)