无扫描三维成像激光雷达原理分析与成像仿真

介绍了无扫描三维成像激光雷达的系统结构及成像原理.无扫描三维激光雷达是一种不需要扫描机构的三维成像系统,由信号调制、信号发射、微通道板调制、信号积分接收等模块组成.发射的激光信号经过正弦调制,利用回波信号与本地振荡器的相位差计算得出目标上各点距离,这种测距方法称为面阵相位法.与传统的扫描式激光雷达相比,无扫描三维成像激光雷达具有结构简单、成像速度快、可靠性高等优点,同时对激光脉冲频率的要求很低,因此在武器的末制导、车辆的主动防撞、机器人视觉等方面有着广阔的应用前景.本文介绍了无扫描三维成像激光雷达的系统结构以及面阵相位测距法的基本原理,并在Matlab环境下针对点目标、面阵目标对成像算法进行了仿真.验证了面阵相位法的测距原理及无扫描三维成像激光雷达的成像原理,并分析了可能存在的信号功率误差和CCD读数时的末位不稳定对成像精度的影响,为无扫描三维成像激光雷达的设备研制提供了有益的参考.     

线阵扫描式激光成像探测系统建模与仿真

以激光成像引信为应用背景,在分析线阵扫描成像探测机理的基础上,建立了激光分束发射脉冲、线阵探测元接收回波信号及其检测算法、目标反射特性和大气传输效应模型,给出了固定成像视窗线阵扫描成像仿真方法.通过设置弹目交会以及各模型参数,以坦克目标为例进行了系统成像仿真.结果表明,仿真系统能够对线阵扫描成像方式进行有效模拟,生成目标的距离和强度激光仿真图像,并对影响成像效果的因素进行分析.     

逆合成孔径成像激光雷达系统设计

微波波段逆合成孔径雷达的成像分辨率受到发射信号带宽的限制,在对远距离目标、微小目标成像或提取目标精细微动特征时已不能提供足够高的距离分辨率.为解决这一问题,提出一种新体制雷达--逆合成孔径成像激光雷达,将逆合成孔径技术应用于激光波段,利用激光信号的极大带宽和极短波长实现对运动目标的超高分辨实时成像.分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨原理,并结合激光信号和运动目标的特点,给出了雷达系统的初步设计方案.仿真实验证明:与利用微波信号成像的逆合成孔径雷达相比,逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标更快速、更高分辨的成像.     

基于分段式探测的高分辨率沙姆成像激光雷达

为提高沙姆成像激光雷达技术远距离大气探测的距离分辨率(如3 km@54 m, 4 km@96 m, 5 km@148 m),提出了一种基于分段式探测的沙姆成像激光雷达探测方法.该方法在雷达系统的接收端采用2套探测装置，通过设置探测装置的系统参数，包括放置的角度、位置等，对探测路径以距离远近程度进行划分，实现分段大气探测.此系统在保证各分段实现高距离分辨率探测的基础上，实现了全距离范围内大气气溶胶的精细探测，从而提高了沙姆成像激光雷达的远端距离分辨率.反演计算结果表明，此系统的距离分辨率提高显著，同距离处分辨率提高近4倍(3 km@13 m, 4 km@24 m, 5 km@38 m).据此可推断利用三段式及更多段式分段探测能够进一步提高远距离处的分辨率.     

3D非扫描成像激光雷达距离精度的Cramer-Rao下限

利用参数估计的方法进行了3D非扫描成像激光雷达距离精度的研究,根据数理统计的理论,分析了距离估计方差的Cramer-Rao下限（CRLB）,推导出了3D非扫描成像激光雷达距离估计方差的CRLB计算公式。 利用Monte Carlo仿真结果证明了推导的距离估计方差的CRLB具有有效性。 通过推导的距离估计方差的CRLB,对3D非扫描成像激光雷达的距离精度影响因素进行了分析,结果表明,减小脉宽、增加脉冲强度、提高采样速率、降低系统噪声、增加探测器量子效率都可以有效提高目标距离精度。      

基于级数反演谱的多子阵距离多普勒算法

针对现有基于级数反演谱的多子阵成像算法具有子阵依赖的特点,须分别对每个子阵成像,从而导致计算效率低下的问题,提出一种基于级数反演谱的多子阵距离多普勒成像算法.该算法先将每个多子阵信号搬移至相同的最短斜距;然后忽略子阵间距离徙动项、方位调制项和二次距离压缩项,这样就能够通过方位重构的方式将多子阵信号转变成单基信号,因此仅须对单基信号进行一次成像处理就能得到成像结果;最后通过计算机仿真实验和实测数据表明:在相同条件下,该算法能够获得与现有算法一样的成像效果,并能够获得高达80%子阵数的加速比.     

TDI CCD在面阵成像三维激光雷达中的应用

为了提高双通道增益调制型面阵成像三维激光雷达系统的测距精度，从系统结构的紧凑性方面考虑，基于TDI CCD能够利用驱动电路对同一点多级曝光信息进行累积的工作原理，提出了使用TDI CCD代替传统的CCD作为光脉冲探测器。根据该三维激光雷达测距原理，导出了成像系统测距公式和距离精度公式。研究了TDI CCD的级数和速度失配绝对误差对测距精度以及调制传递函数（MTF）的影响。分析结果表明:该方法不仅能使测距精度提高到原来的〖KF(〗M〖KF)〗倍，同时能舍弃额外的运动补偿装置，进行精确的前向运动补偿。     

激光-线阵CCD技术的热轧机辊形检测系统

应用激光—线阵CCD成像技术，提出了一种高速、高精度热轧机辊形检测方法，阐述了激光—线阵CCD工作原理及CCD视频信号图像处理技术，介绍了激光—线阵CCD热轧机辊形检测系统。采用新的自适应快速边缘聚焦法。有效地降低了噪音对成像质量的影响，提高了处理数据的速度，使图像得到有效增强，成功地解决了除噪、边缘检测和特征信息提取等关键技术，并通过实验进行了验证。     

小斜视多子阵合成孔径声呐Chirp Scaling成像算法

为了解决现有多子阵合成孔径声呐成像算法在小斜视下没有考虑斜视带来的时延和多普勒频率改变,从而导致成像效果不佳的问题,提出一种小斜视多子阵合成孔径声呐Chirp Scaling成像算法.建立了斜视多子阵合成孔径声呐的精确距离史模型,并将其近似成单基斜视距离史,再引入一个修正项以修正近似误差.通过对回波信号补偿修正项对应的相位和时延,就可以将斜视多子阵信号转变为斜视单基信号,从而能够借鉴已有的斜视单基Chrip Scaling成像算法.通过对比现有算法和所提出算法处理斜视仿真数据和实测数据的结果,验证了所提出算法的有效性和正确性.     

基于交比不变和间距比不变的线阵相机畸变标定方法

基于线阵相机双目视觉成像技术可有效检测汽车底盘异物,保证人员安全。但相机畸变影响几何量测、三维重建精度。并且由于线阵相机与面阵相机的成像模型不同,造成适用于面阵相机畸变校正算法无法直接运用在线阵相机当中。通过研究面阵相机的畸变成像模型,结合线阵相机的成像特点,推导出线阵相机的畸变成像模型。利用交比不变性和间距比不变性,结合线阵相机的畸变成像模型,建立二元畸变方程组;并利用等间距条形标靶获得相应参数。最后对新方法进行了真实图像校正实验,证明该方法畸变标定简单易行,有效。     

三维激光成像探测系统建模与仿真

 激光成像探测系统仿真是评估现有激光成像系统的性能及开发新型激光成像探测技术的有效手段。研究激光脉冲回波信号特性并建立数学模型是应用回波信号检测技术处理回波,进行激光成像系统仿真的关键。为此以激光发射脉冲模型为基础对激光脉冲回波信号的建模过程和基于单位冲激响应的目标散射特性建模方法作了详尽的推导和描述,并建立检测算法模型,最后依据目标成像模板采用单元回波探测线阵化方式进行了推帚式三维激光成像仿真。结果表明,该仿真系统可实现不同探测条件下线阵推帚式激光成像的有效仿真。     

TP-801单板机在原木光电检测仪中的应用

<正>我们研制的原木光电检测仪是采用南林-Ⅰ型的直径传感器原理,配备TP-801单板计算机进行控制和数据处理。名为南林-Ⅱ型原木光电检测仪。它能自动、连续、非接触地测量原木长度、直径、单根材积,累加材积及根数。并由打印机自动打印记录。 它测量准确,重复性好。测量直径的实际误差≤0.5cm。整个装置体积小,结构简单牢靠,可大大提高劳动生产率,减轻劳动强度。是贮木场、制材厂、造纸厂等原木检测、分选、造材、合理下锯等生产过程自动化中的一项关键设备。     

基于焦平面技术的红外地球姿态敏感方法研究

红外地平仪是很多空间飞行器平台姿态控制系统的关键姿态敏感设备,红外地球姿态敏感方法是其核心工作原理。针对传统红外地平仪基于光机扫描技术的红外地球姿态敏感方法,存在检测数据量小、姿态测量精度低的缺点,提出基于焦平面技术地球姿态敏感方法,阐述其算法原理和工作波段选择。由于大视场光学系统的引入,分析了光学系统的成像方式引起的姿态测量误差。实验表明提出的基于焦平面技术地球姿态敏感方法具备较高精度的姿态测量功能。     

一种基于激光雷达和视觉的行人检测方法

针对一般城市环境的道路交通安全问题,提出了一种联合激光雷达和视觉的行人检测方法.利用激光雷达和摄像头坐标之间的透视变换关系,将环境的深度信息映射到图像中,并使用航位角推算方法同步激光雷达和摄像头,然后提取兴趣区域.在激光雷达聚类过程中,提出了一种基于行人宽度信息的目标分割方法,能有效分割并排行人.在基于视觉的行人检测中,首先根据行人边缘对称性的特点,预处理兴趣区域,然后采用基于Hausdorff距离的模板匹配方法,根据激光雷达的深度信息匹配行人上半身模板.实验结果表明,该方法可以取得较理想的效果.     

用于非扫描3D激光成像的精密计时电路设计

针对目前带读出电路(ROIC)的APD阵列国内还缺乏产品的问题,设计采用一种高精度数字时间转换芯片(TDC-GP21)来测量激光脉冲在空中的飞行时间,从而得到目标的距离信息,实现高分辨率的距离图像. 利用FPGA控制时间数字转换芯片设计了非扫描3D激光成像的精密计时电路,进行了程序仿真与实验. 仿真结果表明设计的精密计时电路能够呈现出目标的距离图像.      

激光和全维视觉融合的移动机器人自定位(英文)

讨论了通过二维激光传感器和全维视觉传感器提取数据融合技术进行移动机器人定位的新方法 .SICKoptics公司制造的二维激光传感器能精确地测量出反射点的距离和方位 ,我们自己设计的全维视觉系统能从图像中提取场地标记物的色块信息 ,这两种传感器提取的数据有各自不同的特征 ,因此在本文所给出的融合方法中它们能优势互补 .RoboCup中型组的足球机器人 (守门员 )被选择来验证算法 ,最后给出了试验的结果 .     

三维激光扫描仪技术在地形测量中的应用

利用三维激光测量技术进行山区复杂地形测量的流程与方法,实验通过使用徕卡ScanStation2型号的三维激光扫描仪对西安市白鹿原北坡进行了扫描,对扫描后的各测站数据进行基于标靶的拼接,对拼接后的点云数据进行预处理。将基于扫描仪坐标系统的点云数据转换到基于施工独立坐标系统后,使用Geomagic和cass软件绘制地形图等高线。在测区内布设一定数量检核点,扫描时在检核点上安置蓝白标靶,采用全站仪测量检核点的独立坐标与扫描仪测量的坐标进行对比来验证扫描数据的精度,得到平面坐标差值绝对值最大值为0.024 m,而高程的差值绝对值最大值为0.029 m,实验结果表明,三维激光扫描仪满足地形测量精度要求。     

车载激光扫描仪外参数标定方法设计与实现

提出了车载移动测量系统中激光扫描仪位置和姿态的标定方法.首先,定义了车载坐标系与激光扫描仪坐标系,将扫描仪的标定简化为2个坐标系转换参数的求取.然后,利用标准靶球球心和扫描仪特征点作为公共点,借助全站仪建立的临时水平坐标系的测量结果计算得到车载坐标系与扫描仪坐标系的转换参数.最后,通过多次试验分析了该方法的重复精度,而且在逸仙高架路上的实际车载数据采集和处理也验证了该方法的可行性.