激光三维成像技术及其主要应用

阐述了目前三维成像在其常见应用领域中的研究,主要致力于研究高分辨率三维成像系统。三维激光成像是一项可以应用于探测隐藏目标、地形测绘、构建虚拟环境、城市建模、目标识别等领域中的技术。在区域成像技术中,除了如立体视觉和结构化灯光等更常规的技术,实时三维传感也具有现实可操作性。当前三维激光成像技术已经发展到有能力提供厘米级波长的高分辨率三维成像,这将给许多领域提供方便,包括法律的实施和法医调查。与CCD和红外技术等传统的被动成像系统相比,激光成像技术不仅能提供强度和范围信息,还能穿透植被和窗户等特定情景元素。这意味着激光三维成像系统在目标识别与辨认等方面具备新的潜力。结果表明,激光三维成像系统可以在许多情况下得到应用。     

基于FPA的三维成像激光雷达技术新进展

介绍了基于焦平面阵列的三维成像激光雷达系统的发展背景和应用，阐述了三维激光成像技术的诸多优点，描述了三维焦平面阵列的技术发展状态，探讨了三维成像在远距离目标识别、精确末端制导等方面的重要热门应用，并给出一些参考性的技术性能评估方法，评价了新型探测系统将具备的新能力和发展潜力，文章最后对三维焦平面阵列激光成像技术做出总结，并对未来发展方向提出了有益建议。     

逆合成孔径三维成像激光雷达研究

三维图像能准确反应目标的物理特征,提高目标识别的性能,但传统的光学三维成像技术受到扫描体制或阵元个数的限制,很难实现对运动目标的实时成像,针对这一问题,提出了一种将逆合成孔径技术、激光信号与干涉技术相结合的逆合成孔径三维成像激光雷达,给出了系统的初步设计方案,分析了成像的基本原理和实现方法,构建了模拟系统,进行了仿真分析,实验结果验证了该雷达系统的可行性和成像中的优势,最后讨论了系统实现过程中还需要解决的关键问题。     

小型机载激光雷达三维测绘系统

<正>小型机载激光雷达系统(Light Detection And Ranging,简称LiDAR)是一种新型的综合应用激光测距仪、IMU、GPS的快速测量系统,可以直接测量目标地物的三维坐标。系统还集成高分辨率数码相机,用于同时获取目标的真彩影像。1、系统组成:动态差分GPS姿态测量装置(IMU)激光扫描测距系统成像装置2、产品和搭载平台3、数据小样     

三维扫描激光雷达系统设计及实时成像技术

三维扫描激光雷达能够主动获取目标的三维信息,其高速数据采集与传输是三维实时成像的技术瓶颈之一。自主设计一款地基三维扫描激光雷达系统,利用数据采集与控制系统实现点云三维成像。激光雷达系统硬件设计包括发射与接收单元、测距单元和扫描单元,用于获取目标的三维点云数据。激光雷达系统软件设计包括上位机程序、下位机程序和USB固件程序设计,实现点云数据从下位机到上位机的采集、传输和存储,及上位机数据解析和实时成像。通过多个场景实验,结果显示三维扫描激光雷达系统具有厘米级别的测距误差,可以实现三维实时成像。     

激光3D成像系统主被动探测技术的研究进展

随着探测器件技术的进步,新概念的主/被动3D成像技术将主被动探测技术优势有机结合起来,能同时获得目标更加丰富的图像信息(如距离像、强度像、距离-角度像等),从而为正确识别和跟踪目标提供更多的决策信息,大大提高了目标识别概率和可靠性.本文首先介绍了激光3D成像系统的发展现状,重点介绍了林肯实验室研制的Gen-Ⅲ系统和美国航空航天局的自主精确着陆和危险的检测避免技术项目的3D闪光激光雷达系统,接着结合HgCdTe雪崩光电二极管(APD)器件的特点介绍了下一代激光3D成像系统主被动探测技术的发展.最后对激光3D成像系统主被动探测技术的未来应用前景进行了展望.     

无人机载激光线扫描浅滩三维成像研究

设计了一种基于三角法线扫描的无人机载激光雷达三维成像系统。系统以520 nm线激光为光源照射目标,利用无人机扫描获取目标的三维数据。文章设计了无人机载激光线扫描系统的硬件系统,构建了线激光水下折射三维坐标解算模型,提出了水上、水面与水下激光条纹提取的图像处理方法,并利用研制的雷达系统进行了近海浅水区域无人机扫描实验。实验结果表明,系统利用IMU及GPS能够有效提升三维图像的准确性,快速获取目标区域水上及水下目标的三维数据,平均距离分辨率达到3 cm,具有速度快、精度高、成本低的优势,在近岸浅海区域的大范围高速三维成像领域具有广阔的应用前景。     

激光主动探测空间目标的成像仿真

成像仿真可为地基激光主动成像探测系统的优化设计提供参考,为图像处理和空间目标识别算法开发奠定数据基础.介绍了国外成像仿真系统的功能和应用情况,在具体分析激光主动探测空间目标成像仿真原理的基础上,按照目标三维建模、目标散射特性分析、成像仿真及场景可视化四个方面,提出了自己的激光主动探测空间目标的成像仿真思路和方法.     

激光主动成像制导雷达的研究方向

文中介绍了国外制导用激光成像雷达近年来的发展情况,总结提出了激光主动成像制导雷达的研究方向。ＣＯ２激光成像雷达系统效率高,大气传输性能好,信息处理技术成熟,易于实现高灵敏度外差探测和三维成像,曾经是主要的研究对象;固体激光雷达系统具有系统质量轻、价格低,探测器不需要制冷的独特优点正成为现在研究热点;二极管激光成像体积小,造价低、寿命长、可靠性高、功耗低,可采用室温探测,有着很大的发展前景。     

基于数字信号处理器的激光成像雷达目标识别算法实现

激光成像雷达的空间分辨率较高,能成四维像(强度像 三维距离像),适合作目标识别探测器.支持向量机(SVM)是一种能在小样本学习的情况下,仍有较高识别正确率的目标识别方法.通过优化支持向量机算法,将它嵌入到激光成像雷达系统的数字信号处理器(DSP)芯片内,实现目标识别的功能,有很高的现实意义.首先用真实激光成像雷达强度像做实验,测试56个样本,共耗时31.97μs,证明嵌入到数字信号处理器的支持向量机算法能满足实时性要求,识别正确率为98.2%;再用仿真激光成像雷达距离像验证支持向量机的推广能力,证明支持向量机在实时性和识别性能两方面都能满足激光成像雷达的识别要求.     

单狭缝条纹管激光雷达的成像

介绍了一种新型激光三维成像方法,该方法用条纹管作为成像系统的接收端,使激光三维成像雷达具有高帧频、大视场角的特点.理论上介绍了该方法的成像原理,用实验验证了它对远距离目标的成像能力.建立了一套条纹管激光成像的演示系统,测定了系统中的关键参数,获得了室内、室外特定目标的条纹像.证实了这种条纹管激光三维成像方法的可行性.并对完善该套成像系统提出了自己的见解.     

共孔径红外/激光双模成像导引头系统研究

针对巡航导弹以及各种对地攻击的灵巧炸弹的末制导段．提出了一种共孔径红外／脉冲激光（IR／Ladar）双模成像导引头系统设计方案,可用于对地面固定目标和各种可重定位（Relocatable）目标进行精确地识别和跟踪。该系统采用了被动红外和主动脉冲激光两种成像模式．以被动红外成像来辅助导引头对目标的搜索和捕获．以主动激光雷达成像来完成对目标的精确识别和跟踪．并且被动红外与主动激光成像系统共用一套光学系统,这样既满足目标搜索和捕获阶段的大探测视场的要求,又满足了目标识别跟踪阶段的高分辨率要求。     

频率步进探地雷达及其在地雷探测中的应用

频率步进方法是探地雷达技术的工作体制之一,与时域无载频脉冲体制的探地雷达技术相比,在探测性能上具有较多的优越性.本文在简述其工作原理的基础上,介绍了作者研制的一种频率步进探地雷达系统,该系统主要用于对地雷目标进行三维成像探测.在研制该雷达系统过程中,对已有的反对称Vivaldi天线提出了改进设计.实验测量结果表明,本文研制的反对称Vivaldi天线与传统的同类天线相比,性能更加优越.同时,为了得到更加清晰的地雷图像,本文还分别引入了f-k偏移成像方法和合成孔经雷达(SAR)处理技术对雷达探测信号进行处理,得到了满意的结果.探测实例表明,频率步进探地雷达系统能够实现对浅层地下地雷目标的高分辨率三维成像探测.     

相干激光雷达探测目标研究

介绍了相干激光雷达对目标探测的技术优点和现状,阐述了基于相干探测技术构建的激光雷达的主要组成,并给出了整个系统的工作流程。文中基于1.5μm光纤光学技术搭建了相干激光雷达系统。通过搭建的系统进行了外场试验,获得了外场目标的成像图和不同汽车引擎振动产生的微多普勒谱特征图。通过试验证明了相干激光雷达系统可以在目标自动侦察识别方面发挥重要作用。     

天基合成孔径激光雷达系统分析

介绍了国内外合成孔径激光雷达的研究现状,讨论了其技术体制、工作模式和光学系统特点。给出了一个用于空间目标观测的天基合成孔径激光雷达系统方案,并对其主要的性能指标和关键技术进行了分析。研究表明:天基合成孔径激光雷达可以在大前斜视角条件下,以高数据率对目标实现远距离高分辨率成像。     

成像激光雷达系统模拟

成像激光雷达系统对精确制导、直升机防撞等都具有重要的意义。计算机模拟技术是成像激光雷达系统的设计和研究中一个有效手段。本文以所建立的二极管泵浦固体成像激光雷达实验演示系统为研究对象,对立了成像激光雷达系统计算机模型。该模型是所建立的演示系统的一个有力的辅助研究工具,对实验系统性能的改进、方案的进一步完善、目标特性和大气传输特性的研究都可起到很大的推动作用。     

激光水下成像技术及其进展

介绍了近年发展起来的三种主要的激光水下成像方法，即常规水下激光成像、高分辨率水下激光三维成像和偏振激光成像，分析了它们各自的工作原理、特点以及各自的发展状况。     

斑纹对激光距离选通短波红外成像系统目标识别性能的影响（上）

美国陆军和空军正在研究用于目标识别的激光距离选通短波红外成像系统。当把这种成像系统与电子轰击CCD结合起来使用时,可获得远距离的高分辨率图像。斑纹是激光照明成像系统所固有的一种赝像,它是、由相干照明引起的干涉图样造成的。激光斑纹会降低成像系统的目标识别性能,但通过对连续的激光距离选通短波红外图像进行均化可减少激光斑纹。本文尝试对由激光斑纹引起的成像系统目标识别性能的降低进行定量分析。这种研究工作始于实验室中的一次实验以验证一个斑纹模型。模型中包含着功率谱密度函数和强度概率密度函数。有关人员对激光距离选通短波红外传感器进行了模拟,其中包括产生斑纹目标图像的相干照明装置。为了验证模拟的逼真度,他们还进行了野外演示。然后,他们又用不同水平的图像平均和模糊技术对夜视与电子传感器管理局的目标识别装置进行模拟。他们根据目标识别的概率分析了观察器的性能结果,并且对不同程度的模糊和斑纹效应进行了表征。     

线阵扫描三维成像激光雷达系统

针对小型智能机动平台对三维成像激光雷达小型化、低功耗、高精度、快速成像的特定应用要求,基于集成激光器阵列和APD探测阵列设计并实现了12元线阵扫描三维成像激光雷达系统;基于高速数字处理芯片和高精度时间间隔测量芯片实现了并行高精度激光脉冲飞行时间测量和实时数据处理和传输。详细描述了系统原理、组成部分以及实验结果。实验验证该系统激光脉冲重复频率大于10 kHz,垂直方向激光单元角度间隔小于2.5 mrad,近距离距离分辨率优于2.4 cm,测量数据统计标准差小于1,各通道一致性良好。在高速水平扫描转动平台驱动下实现了室内三维场景重构以及高塔大视场远距离目标探测成像实验。     

切片式及超分辨率激光三维成像现状

基于距离选通技术的激光三维成像具有不易受环境影响的优点,可获取高精度的目标三维信息,因此在识别侦察等领域有很高的应用价值。本文首先简要介绍基于距离选通的切片式三维激光成像、超分辨率三维激光成像的原理和特点,然后分别综述两者的发展历程和最新进展,以及基于两者发展的编码式超分辨率三维成像体制的最新进展,最后总结基于距离选通的三维激光的优势和发展前景。