三維激光成像

1、激光測(cè)距系統(tǒng)是復(fù)合光電系統(tǒng)的一個(gè)重要單元，將激光測(cè)距技術(shù)與攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維激光成像，對(duì)提高目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確性和觀測(cè)能力有重要意義。請(qǐng)盡快確定課題完成方式，完善相關(guān)技術(shù)路線，開展課題調(diào)研論證工作。80三維激光成像根據(jù)有無照明光源，成像系統(tǒng)可以分為主動(dòng)成像系統(tǒng)和被動(dòng)成像系統(tǒng)兩種。被動(dòng)成像系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是本身不帶光源，依賴于環(huán)境或目標(biāo)的發(fā)光，容易受到環(huán)境光源的影響。主動(dòng)成像系統(tǒng)采用一個(gè)人造光學(xué)輻射源(一般為激光器)和接收器， 其接收器用于收集和探測(cè)目標(biāo)景物直接或反射的部分光輻射，具有成像清晰、對(duì)比度高，不受壞境光源的影響等優(yōu)點(diǎn)。激光由于它有亮度高、單色性和方向性好三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)，是人們?cè)缇?/p>

2、渴望得到的理想的測(cè)距光源， 因此在它出現(xiàn)后不到一年的時(shí)間就被用于測(cè)距。激光測(cè)距系統(tǒng)是復(fù)合光電系統(tǒng)的一個(gè)重要單元，它雖然經(jīng)過了多代的更新和變化，且型號(hào)繁多，諸如激光測(cè)月系統(tǒng)、火炮激光測(cè)距系統(tǒng)、 測(cè)地激光測(cè)距系統(tǒng)、測(cè)距光雷達(dá)等系統(tǒng)，但無論怎么變，其基本原理和技術(shù)還是大同小異。一激光測(cè)距分類隨著激光測(cè)距的廣泛應(yīng)用和不斷發(fā)展， 測(cè)距系統(tǒng)的種類也愈來愈多樣化。 按照激光測(cè)距的原理區(qū)分，大體有如下三類。1.脈沖測(cè)距法在測(cè)距點(diǎn)向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射一束短而強(qiáng)的激光脈沖， 光脈沖發(fā)射到目標(biāo)上后其中一小部分激光反射到測(cè)距點(diǎn)被光功能接受器所接收。 假定光脈沖在發(fā)射點(diǎn)與目標(biāo)間來回一次所經(jīng)歷的時(shí)間間隔為 t ，那么被測(cè)目標(biāo)的

3、距離 R 為 :ctR2(1)式中， c 為光速。當(dāng)認(rèn)為光速一定時(shí)(不考慮大氣中光速的微小變化)，測(cè)距精度c tR(2)22.相位測(cè)距法相位法是通過測(cè)量單色連續(xù)激光的調(diào)制波在待測(cè)距離上往返傳播所發(fā)生的相位變化，接測(cè)量時(shí)間t 2D。來計(jì)算距離D間D ( c / 2)t2D(c / 2)( / 2 f )(3)式中 :c 為光速在空氣中傳播的速度， 為調(diào)制光信號(hào)經(jīng)過被測(cè)距離D 而產(chǎn)生的相位移， f 為信號(hào)的調(diào)制頻率。圖 1 光波經(jīng)距離2D 后的相位變化圖中， A 表示調(diào)制光波的發(fā)射點(diǎn)， B 表示安置反射器的地點(diǎn)， A 表示所發(fā)出的調(diào)制光波經(jīng)反射器反射后的接收地點(diǎn)， A-A' 兩點(diǎn)間的距離即

4、是待測(cè)距離 D 的兩倍。3. 干涉測(cè)距法干涉測(cè)距法也是一種相位法測(cè)距。該測(cè)距法不是通過測(cè)量激光調(diào)制信號(hào)的相位來測(cè)定距離的，而是通過測(cè)量激光光波本身的干涉條紋變化來測(cè)定距離。 這是它和相位測(cè)距法的區(qū)別。因?yàn)楣獠úㄩL(zhǎng)很短， 而且激光的單色性使其波長(zhǎng)值很準(zhǔn)確， 所以距離分辨率可達(dá)半個(gè)激光波長(zhǎng)，一般在微米量級(jí)。利用現(xiàn)代技術(shù)還可以把干涉條紋細(xì)分到 1%，因此干涉法測(cè)距的精度極高， 這是其它任何測(cè)距方法都不能比擬的。 激光的單色性又使其光波帶寬極窄， 增加了光的相干長(zhǎng)度， 從原理上講測(cè)程將大大提高。 然而，由于這種方法只能測(cè)量反射鏡的動(dòng)態(tài)位移量，所以它僅用于測(cè)量相對(duì)距離， 而不能測(cè)量絕對(duì)距離。 目前， 在

5、測(cè)量地殼形變、 大陸漂移、地震火山爆發(fā)預(yù)報(bào)、 偵察地下核爆發(fā)方面等， 相對(duì)激光干涉測(cè)距以其特有的精度而獲得了應(yīng)用。二激光成像激光雷達(dá)圖像表征了目標(biāo)物空間方位信息；光學(xué)圖像以光譜信息為主，反映了目標(biāo)物反射強(qiáng)度變化。 將激光測(cè)距技術(shù)與攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合， 融合二者成像數(shù)據(jù)， 對(duì)提高目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確性和觀測(cè)能力有重要意義。激光三維成像方法按照目前獲取信息類型可分為輻射成像和幾何成像兩種，見圖2圖 2. 激光成像方法分類示意圖激光輻射成像利用激光測(cè)距同時(shí)獲取目標(biāo)物高程信息和強(qiáng)度信息，實(shí)現(xiàn)難度大， 目前國際上都在攻關(guān)，須解決高速采樣，弱信號(hào)提取等關(guān)鍵技術(shù)。激光幾何成像利用激光測(cè)距獲取目標(biāo)物高程信息，按照高程

6、信息是否與其他傳感器獲取的目標(biāo)物強(qiáng)度信息融合成像分為兩種。其中幾何信息融合強(qiáng)度信息的成像模式須解決的關(guān)鍵技術(shù)包括激光腳點(diǎn)定位、兩維擺掃精度提高、數(shù)據(jù)融合時(shí)外方位元素誤差影響等。無掃描3-D 距離選通成像激光雷達(dá)在軍事和工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用，如水下探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、 直升飛機(jī)避障、汽車自動(dòng)駕駛等。傳統(tǒng)的激光雷達(dá)多為光機(jī)掃描激光雷達(dá)，采用光機(jī)掃描方式因而成像速率低，圖像像素少， 體積較大， 限制了激光雷達(dá)的使用。近年來開始研究的無掃描激光雷達(dá)拋棄了傳統(tǒng)的光機(jī)掃描設(shè)備，在成像速度和圖像分辨率以及距離精度方面有了很大的提高，在小型化、 低功耗、 輕量化方面有很大的進(jìn)展，使成像激光雷達(dá)有了更加廣闊的應(yīng)用

7、前景。圖 3 距離選通成像激光雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3-D 成像激光雷達(dá)主要是獲得目標(biāo)的距離圖像。原理來獲得目標(biāo)的距離圖像的，起結(jié)構(gòu)圖如圖（距離選通成像激光雷達(dá)是通過距離選通3）所示。參考文獻(xiàn)：1 Kozo Ohtani ，Daisuke Narita ，Mitsuru Baba Measurement Method of Optical Properties by Use of atLange inderC SICE Annual Con-ference ，200r7 ： Sep 17-202 BusckJ.Underwater3-D optical imaging with a gated viewing laser radarJ.OPt.Eng. ，2005， 13:1-7.3 范永金，李闊，周炳玉激光光斑測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與分析 J 光電技術(shù)應(yīng)用， 2008，23(2)： 28 324陳志斌，李義照，王呈陽，等激光測(cè)距機(jī)光斑及其光軸平行性檢測(cè)方法研究J 紅外與激光工程， 2007， 36(Supplement)： 2612655梅躍松，楊樹興，奠波一種改進(jìn)的基于互信息的自動(dòng)圖像配準(zhǔn)算法J激光與紅外，2007，3