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因其拋棄了機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，因此已經(jīng)成為未來成像激光雷達發(fā)展的趨勢。無掃描激光雷達研究的難點在于如何用面陣探測器去獲得目標的距離像。一種實現(xiàn)途徑是利用現(xiàn)有的比較成熟的器件，通過改進測距方式，間接地獲取目標的距離像。增益調(diào)制激光三維成像就是我們在脈沖 SRI激光三維成像基礎上做了一定改進后形成的無掃描激光三維成像方法。本論文從理論和實驗上對增益調(diào)制激光三維成像技術做初步的探索。

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，具有單調(diào)時變增益的ICCD作為成像探測器。利用回波脈沖的飛行時間和其瞬時增益之間的一一映射關系解算出目標距離。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度像從四幅減少到兩幅。從理論上推導了增益調(diào)制三維成像的距離方程，搭建了原理性實驗系統(tǒng)，并在室內(nèi)成功地獲取到35m到41m距離上的目標距離像。
　　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相對距離沒有關系，而僅依賴于輸出信噪比和指數(shù)增益調(diào)制的時間常數(shù)。推導出在任意單調(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)導數(shù)的比值，而且和輸出信噪比有關。設計了精準的室內(nèi)實驗對正弦、線性、指數(shù)三種增益調(diào)制函數(shù)下的系統(tǒng)距離精度進行了測量，實驗結(jié)果較好地驗證了理論推導出的精度公式。通過外場實驗分別測試了系統(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間的概率密度函數(shù)對距離精度進行研究的方法。將兩次成像的輸入光電子數(shù)的比值作為輸入量，分別計算了輸入光電子數(shù)滿足泊松分布和高斯分布時輸入量的統(tǒng)計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。計算了線性增益調(diào)制下飛行時間的概率密度函數(shù)，并且討論了指數(shù)增益調(diào)制下飛行時間的概率密度函數(shù)隨飛行時間、時間常數(shù)、以及信

5、噪比的變化規(guī)律。計算結(jié)果可以很好地解釋實驗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設計了篩選平均圖像濾波算法和自適應均值漂移圖像濾波算法。篩選平均圖像濾波算法通過極點搜索對極值點進行篩選，然后將包絡面的概念引入到三維圖像中去平滑被篩除點。改進了用于圖像分割的均值漂移算法，提出自適應均值濾波算法來對距離像進行降噪濾波。通過和其他算法比較，表