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动态距离选通激光成像试验研究

王宁  
【摘要】:距离选通激光成像技术通过距离选通切片成像获取目标的强度像和三维距离像,并可以有效地克服后向散射,是目前有潜力实现工程化的少数几种焦平面激光成像技术之一。运动成像是激光主动成像技术的一个大的发展方向,在航天和工业领域占有重要的地位。本文对距离选通激光成像系统在动态环境下的成像适应性进行了研究。 首先,提出了一种基于距离选通技术和GPS定位系统的动态激光成像方案。本文将GPS引入到距离选通激光成像系统中,提出了一种用于动态成像的距离选通激光成像方案,通过分析方案中的GPS工作情况和动态距离选通门控切片成像模型,确定了动态成像系统中不同参数之间的关系,并对GPS运动成像距离误差进行了分析。 其次,提出一种基于Zernike矩不变量的运动图像畸变评价方法,并对仿真运动图像进行了评价。本文分析了动态成像过程中畸变产生的原因,提出了一种通过计算距离图像的Zernike矩不变量来评价运动图像畸变的方法,并对仿真运动图像的畸变进行了评价。通过仿真得出:运动速度为10m/s时,当成像帧频大于4 Hz时,仿真运动图像的畸变较小;成像帧频为20Hz时,当运动速度小于60 m/s时,仿真运动图像的畸变较小。 再次,搭建了基于动态成像的距离选通激光成像系统。动态激光成像系统主要包括激光发射系统、激光接收系统、控制中心与数据处理系统、同步控制系统和GPS定位系统,本文对系统中的关键成像模块和动态成像保障性设备的性能进行了详细地分析。 最后,进行了动态距离选通激光成像试验,对运动图像的畸变进行了评价,并对成像系统的动态适应性进行了分析。我们进行了动态成像试验,对切片像进行处理得到了目标的强度像和3D距离像。随后,我们采用Zernike矩不变量对运动距离像的畸变进行了评价:图像畸变随运动速度的增大而变大;在速度为20km/h情况下,当成像帧频大于5Hz时,图像畸变较小,可以满足动态成像要求。


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