基于光纤相控阵的三维计算鬼成像方法研究

作     者：谢美蓉 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘春波

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：三维计算鬼成像 光纤相控阵 调频连续波 距离维目标检测 阈值分割 

摘      要：激光雷达三维成像因获取目标信息丰富、抗噪性强、分辨力高、可实现遥感探测等优势,在地形勘测、自动驾驶、目标跟踪等领域极具应用价值。计算鬼成像利用光场的强度关联特性,仅需一个单点探测器就能实现目标重构,且具有抗湍流、抗噪等优势。本文借鉴光纤阵列合成实现大功率激光技术,研究基于光纤相控阵的三维计算鬼成像方法,对于遥感探测领域具有重要的研究意义。首先介绍了基于光纤相控阵的三维计算鬼成像系统组成与成像原理。在简述鬼成像与计算鬼成像的基本原理基础上,较为详细介绍了基于光纤相控阵的计算鬼成像系统组成、工作原理,并结合调频连续波测距原理与传统时空关联成像算法,给出了三维计算鬼成像的基本过程,即先进行距离维成像与目标信息(散射点的距离与强度)检测,后进行横向二维空间计算鬼成像的三维重构方法。接着重点研究了距离维图像的目标信息检测方法。通过距离维切面叠加的方法重构三维图像,需先对接收处理得到的目标距离维信号进行目标检测,获取目标距离维分布信息。针对实际探测成像时目标可能的距离分布情况,分析研究了离散、连续及混合型等几种不同分布目标距离维分布时,目标散射点的划分及强度提取方法,并将峰值检测与连续分布距离维切片相结合,给出了目标距离维图像的信息检测与提取方法流程,并通过仿真分析验证了该方法的有效性,为重构获取目标的横向二维空间信息奠定基础。然后重点研究了基于阈值分割的横向空间目标提取方法。对于不同采样周期特定距离上检测提取的目标强度信息,利用强度关联算法计算重构出横向空间的目标分布图像。研究了噪声背景下,基于阈值分割的横向二维空间目标检测方法,通过仿真分析比较了四种阈值分割算法的目标检测效果;选取基于Otsu准则的直线阈值法提取目标二维信息,并通过模型目标的三维重构仿真,分析了距离维与横向二维空间目标信息提取方法对三维重构性能的影响。本文针对远距离目标探测成像应用需求,研究了基于光纤相控阵的三维计算鬼成像方法。在确定三维计算重构基本过程的基础上,通过分析研究,给出了距离维与横向二维空间的目标检测与信息提取方法,并通过数值仿真对其性能进行了验证,为光纤相控阵激光三维成像技术研发并走向实际应用提供了理论与方法支撑。