距离选通阵列探测3D成像激光雷达的实验研究

摘要

二维成像激光雷达得到目标的强度像不能准确识别不同距离的目标，而距离信息有助于将目标识别出来，因此3维（3D）像成像激光雷达对提高目标的识别能力是非常有效的。本文在对典型3D成像激光雷达系统分析的基础上，将用于抑制后向散射的距离选通技术应用到了阵列探测3D成像激光雷达上，搭建了距离选通阵列探测3D成像激光雷达系统。
　　本论文首先介绍了距离选通阵列探测3D成像激光雷达原理性实验系统的工作原理，完成了系统ICCD驱动电路和延迟电路的设计和性能测试。在理论上给出了系统的作用距离方程，根据系统选用器件的参数，计算出系统的最大作用距离为1153m，距离分辨率为1.5m。
　　本文介绍了建立的距离选通阵列探测3D成像激光雷达原理性实验系统，并进行了原理性实验研究。首先对室内30m至37m距离内，间距为2m的一组模拟目标进行实验，得到了二维强度像，结果表明,系统满足设计要求。在此基础上，对室内33m至45m内一组不同形状相邻间隔2m的模拟目标进行了成像实验。采用了二值化算法和质心算法两种不同的3D像合成方法合成距离像，经过比较，确定了二值化算法为系统的最优算法。用二值化算法合成的3D像，空间层次分明，与模拟目标相符合，实验结果表明作用距离为45m时，距离分辨率达到1.7m。
　　综上所述，距离选通阵列探测3D成像激光雷达的方案具有可行性，所设计的距离选通阵列探测3D成像激光雷达原理验证性系统工作稳定，满足系统的设计要求。

目录

距离选通阵列探测3D成像激光雷达的实验研究

EXPERIMENTAL RESEARCH OF RANGE-GATED ARRAY DETECT 3D IMAGING LASER RADAR

摘 要

Abstract

目 录

第1章绪论

1.1 课题背景

1.2 3D成像激光雷达

1.2.1 成像激光雷达的分类

1.2.2 典型3D成像激光雷达系统

1.3 3D成像激光雷达的关键器件

1.3.1 成像激光雷达中常用的激光器

1.3.2 成像激光雷达中常用的光电探测器件

1.4 本文主要研究内容

第2章 距离选通型3D成像激光雷达系统

2.1 距离选通型3D成像激光雷达

2.1.1 距离选通技术工作原理

2.1.2 距离选通成像激光雷达的工作原理

2.1.3 距离选通型3D成像激光雷达系统

2.2 距离选通型3D成像激光雷达系统采用的器件

2.2.1 激光器

2.2.2 光学系统

2.2.3 ICCD

2.3 距离选通型3D成像激光雷达系统外围电路

2.3.1 ICCD驱动电路

2.3.2 可编程延迟控制电路

2.4 系统距离分辨率

2.5 系统的作用距离

2.6 本章小结

第3章 基于距离选通成像激光雷达的实验

3.1 实验设计

3.1.1 系统正常工作的验证实验

3.1.2 系统的成像实验

3.2 实验数据处理

3.2.1 实验数据

3.2.2 实验数据预处理

3.3 本章小结

第4章 3D图像合成及实验结论

4.1 3D像的合成

4.1.1 二值化算法合成3D像

4.1.2 质心算法合成3D像

4.1.3 质心算法的距离精度分析

4.1.4 两种算法的比较

4.2 距离分辨率

4.2.1 实验得到的距离分辨

4.2.2 实验距离分辨率与理论分辨率的比较

4.3 实验系统的性能分析

4.3.1 实验系统的成像速度

4.3.2 实验系统的作用距离和距离分辨率

4.3.3 实验系统视场角和角分辨率

4.4 实验系统与其它系统的比较

4.5 实验系统的不足

4.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢