新型三維主動(dòng)光學(xué)成像理論與系統(tǒng)研究.pdf

1、三維主動(dòng)光學(xué)探測(cè)技術(shù)或三維激光激光雷達(dá)技術(shù)是一種可以獲得目標(biāo)三維空間信息的新型光學(xué)探測(cè)技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在目標(biāo)識(shí)別、機(jī)器人視覺(jué)、地形勘測(cè)、三維物體建模等各個(gè)領(lǐng)域。三維主動(dòng)光學(xué)成像技術(shù)在遠(yuǎn)距離探測(cè)上較其他的三維探測(cè)技術(shù)有速度快、分辨率高和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。三維主動(dòng)光學(xué)成像技術(shù)作為一種新型的三維探測(cè)技術(shù)本身還在發(fā)展之中，理論基礎(chǔ)也在建立之中。本論文在理論上分析了影響三維探測(cè)性能的因素，提出并實(shí)現(xiàn)了新型的三維探測(cè)方法與系統(tǒng)。 從光源

2、上將已有的三維主動(dòng)光學(xué)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(biāo)、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(xué)的角度，分析了已有的三維主動(dòng)光學(xué)成像系統(tǒng)的性能，提出了測(cè)距極限分辨率的概念。 通過(guò)對(duì)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(cè)距極限分辨率提高了28％～50％。通過(guò)將間接差頻測(cè)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(cè)距法，將絕對(duì)測(cè)距量程提高到原來(lái)的3倍。從補(bǔ)償后向散射光功率的角度出發(fā)，提出了后向散射實(shí)測(cè)法來(lái)消除后向散射光的影響。新方法擴(kuò)展了連續(xù)光三維探測(cè)的應(yīng)用范圍。 通過(guò)對(duì)脈沖光源三維成像系統(tǒng)的分析，通過(guò)測(cè)距原理上的創(chuàng)新提出了脈沖形狀無(wú)關(guān)的高線性度超測(cè)距分辨率三維成像方法。解決了原有超測(cè)距分辨率脈沖光源三維成像系統(tǒng)對(duì)光脈沖要求極高的問(wèn)題。從而拓展了可使用的光源范圍，使三維成像在遠(yuǎn)距離探測(cè)方法具有更大的發(fā)展空間。 研制的峰峰值

4、達(dá)鮒的高頻交流驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)5W連續(xù)單管半導(dǎo)體激光器的3MHz調(diào)制。研制成峰峰值達(dá)600V的諧振高頻驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)像增強(qiáng)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?cái)?shù)為800×600，最高幀率為15幀每秒。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)在50米景深內(nèi)的測(cè)距精度為0.26米，200米處測(cè)距精度為1.2米。 研制的峰值電流達(dá)18

5、0A、脈沖寬度最窄為80ns、重復(fù)頻率最高50KHz、工作電壓最高60V的脈沖電流驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)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(fù)率為lOOKHz、邊沿時(shí)間50ns的低電磁干擾門(mén)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光電接收器的門(mén)選通驅(qū)動(dòng)。采用恒壓驅(qū)動(dòng)法實(shí)現(xiàn)了像增強(qiáng)器的線性時(shí)間增調(diào)制。研制的時(shí)間抖動(dòng)小于1ns，可2ns步進(jìn)時(shí)間差的雙路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。實(shí)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?cái)?shù)