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或三維激光激光雷達技術是一種可以獲得目標三維空間信息的新型光學探測技術，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在遠距離探測上較其他的三維探測技術有速度快、分辨率高和可靠性高的優(yōu)點。三維主動光學成像技術作為一種新型的三維探測技術本身還在發(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、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)化光源調制方式角度提出了半波相關鑒相法，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、達鮒的高頻交流驅動電路，實現(xiàn)了對5W連續(xù)單管半導體激光器的3MHz調制。研制成峰峰值達600V的諧振高頻驅動電路，實現(xiàn)了對像增強器的方波調制。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的低電磁干擾門驅動電路，實現(xiàn)了對光電接收器的門選通驅動。采用恒壓驅動法實現(xiàn)了像增強器的線性時間增調制。研制的時間抖動小于1ns，可2ns步進時間差的雙路驅動信號輸出。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)