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光子学报 2024年

作者：徐孝彬曹晨飞张磊胡锦超冉莹莹谭治英徐林森骆敏舟河海大学机电工程学院

为了提高面阵激光雷达与相机标定精度，本文提出了一种基于四面体结构的面阵激光雷达与相机标定方法。利用图像中角点的反投影射线和点云中直线特征建立“点-三线”的对应关系，提高了约束强度，根据异面直线间的距离和投影直线间的夹... 详细信息

为了提高面阵激光雷达与相机标定精度，本文提出了一种基于四面体结构的面阵激光雷达与相机标定方法。利用图像中角点的反投影射线和点云中直线特征建立“点-三线”的对应关系，提高了约束强度，根据异面直线间的距离和投影直线间的夹角建立约束方程，通过非线性优化求解相机和雷达坐标系间的变换向量并最终得到变换矩阵。构建三角板和地面组成的四面体结构并进行实验验证，实验结果表明：本文方法的平均投影误差在0.6像素以内，优于其他两种标定方法，为后续激光雷达数据与图像数据融合提供了研究基础。

关键词：面阵激光雷达相机标定四面体直线特征

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面阵激光雷达信号处理技术研究

面阵激光雷达信号处理技术研究

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作者：司可西安工业大学

学位级别：硕士

面阵激光雷达无需扫描装置、能够快速对被测目标进行整体性探测,成为近年来激光雷达领域广泛关注的研究热点。其探测器由多路并联雪崩光电二极管(APD)组成,对微弱的激光回波信号探测难度较大。因此,探测器后端信号处理系统设计十分重要... 详细信息

面阵激光雷达无需扫描装置、能够快速对被测目标进行整体性探测,成为近年来激光雷达领域广泛关注的研究热点。其探测器由多路并联雪崩光电二极管(APD)组成,对微弱的激光回波信号探测难度较大。因此,探测器后端信号处理系统设计十分重要。本文对以APD阵列为基本单元的多像素光子计数器(MPPC)为探测器的面阵激光雷达信号处理技术展开研究。根据技术指标,设计了 MPPC后端信号处理系统和时间间隔测量系统,并搭建了系统测试平台,对所设计系统进行了实验验证。主要研究内容及成果如下:(1)对面阵激光雷达理论和工作原理展开研究。以脉冲激光发射与接收系统、信号接收及处理系统、时间间隔测量系统三部分对面阵激光雷达系统进行分析。根据150～200m探测范围等总体技术指标,选择探测器,并根据探测器参数推导计算所需设计的信号处理系统指标。(2)对信号处理系统展开研究。将信号处理系统分为探测器偏置电源模块、微弱信号探测模块、时刻鉴别模块三部分进行设计。根据信号处理系统指标要求,完成三部分的硬件电路设计,通过电路仿真结果可验证:微弱信号探测模块能够在75～88MHz带宽范围内实现74dB的放大增益;时刻鉴别模块能够对激光脉冲信号进行有效鉴别。(3)对时间间隔测量系统展开研究。根据激光雷达系统总体指标选择专用计时芯片TDC-GP22作为系统核心芯片。在芯片完成计时后,通过STM32与其通讯来将计时结果读出。根据TDC-GP22芯片内部资源、通信方法、工作原理等要求,完成时间间隔测量系统的芯片外部硬件电路设计和软件程序设计。(4)搭建系统测试平台进行实验,实验结果表明:所设计的信号处理系统能够对150～200m范围内被测目标反射的激光回波信号进行探测、放大和鉴别;所设计的时间间隔测量系统在150～200m探测范围内的最大距离测量极限误差为9.75cm。

关键词：面阵激光雷达微弱信号处理时间间隔测量多像素光子计数器

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基于FPGA面阵激光雷达影像显示研究

基于FPGA面阵激光雷达影像显示研究

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作者：陈鹏云桂林理工大学

学位级别：硕士

面阵激光雷达技术与目前其他的激光雷达技术相比,能够更加快捷、准确地获取目标的大量信息来生成目标的三维图像。如何将面阵激光雷达的影像中越来越多的信息直观化地显示出来,越来越受到人们的关注。随着可编程技术的发展与普及,可编... 详细信息

面阵激光雷达技术与目前其他的激光雷达技术相比,能够更加快捷、准确地获取目标的大量信息来生成目标的三维图像。如何将面阵激光雷达的影像中越来越多的信息直观化地显示出来,越来越受到人们的关注。随着可编程技术的发展与普及,可编程技术在面阵激光雷达系统上的应用越来越多。不仅促进了激光雷达技术的发展,也拓宽了可编程技术的研究应用领域。现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)技术作为可编程技术的代表因其具有可并行操作、高速运算以及本身具有丰富的逻辑资源,为面阵激光雷达影像显示的研究提供了新的方法和思路。本文的研究任务是利用FPGA技术实现面阵激光雷达影像显示系统。本文首先对面阵激光雷达的相关背景以及国内外研究现状进行简单阐述,接着提出了系统的总体结构框架,并将复杂的系统划分为多个功能简单且容易实现的子模块,以便于系统设计。同时,对相关器件进行选型以及设计器件的接口电路。最后对划分后的子模块进行编程设计,在专业的仿真软件上进行功能验证和硬件平台上进行调试。本论文采用Altera公司推出的Cyclone IV E系列EP4C10F17C8芯片作为硬件平台的核心器件,选择美国镁光公司的SDRAM存储器作为图像信号存储的核心部件,并且以800?480@60Hz规格的TFT液晶显示屏对图像进行显示。该系统主要分为:数据传输模块、SDRAM数据存储模块和TFT显示模块,选用Verilog HDL语言在QuartusII软件平台上对各个模块进行编程实现。在完成系统设计的过程中,利用专业的仿真软件Modelsim对系统的子模块进行功能仿真,并利用实例化的方法对子模块进行调用整合成完整的系统进行验证。最终在800?480@60Hz规格的TFT液晶屏上能进行影像显示,结构稳定并且色彩没有丢失,满足设计要求。本系统能够实现接收数据、对数据进行存储以及对数据进行显示等功能。由于使用了FPGA技术,使得设计实现的各个功能模块能够移植、复用,并且有利于系统的升级和后期的维护。该系统对雷达影像显示有一定的参考价值。

关键词：面阵激光雷达 FPGA Verlog HDL 模块化影像显示

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基于面阵三维成像激光雷达的目标点云分割技术

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半导体光电 2020年第5期41卷 749-756页

作者：王盛杰刘博李和平陈臻吕升林中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室电子科技大学光电科学与工程学院中国科学院光电技术研究所空军装备部驻成都地区第五军事代表室

针对偏振三维成像系统的高效目标三维点云分割问题,提出一种多维信息融合的高效分割理念。系统采用高分辨率EMCCD相机作为面阵探测器,在一次成像过程中,可同时获得视场中的灰度图像以及三维点云数据。根据该成像特点,建立灰度图的像素... 详细信息

针对偏振三维成像系统的高效目标三维点云分割问题,提出一种多维信息融合的高效分割理念。系统采用高分辨率EMCCD相机作为面阵探测器,在一次成像过程中,可同时获得视场中的灰度图像以及三维点云数据。根据该成像特点,建立灰度图的像素坐标与点云数据像素坐标之间的点对点映射关系,结合粒子群优化算法的边缘分割方法,将灰度图中目标分割后的坐标信息映射到三维点云数据中,得到其三维点云数据。该方法将三维点云数据降维处理为二维图像处理,显著降低了计算复杂度,避免了点云数据误差对分割精度造成的影响。实验验证了多维数据融合目标三维点云分割方法的有效性。

关键词：面阵激光雷达偏振调制数据融合粒子群优化算法点云分割

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一种直接应用灰度叠加提高面阵激光雷达测距精度的方法

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中国激光 2013年第1期40卷 217-224页

作者：方毅张秀达胡剑王鹏鹏严惠民浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027 浙江大学国家光学仪器工程技术研究中心浙江杭州310027

相比传统的点扫描激光雷达,基于距离选通和增益调制测距原理的面阵成像激光雷达,具有测距速度快的优点,但同时会引起单帧图像信噪比降低。根据成像激光雷达的原理,建立了其在散粒噪声影响下的测距精度模型,基于该精度模型和机载面阵激... 详细信息

相比传统的点扫描激光雷达,基于距离选通和增益调制测距原理的面阵成像激光雷达,具有测距速度快的优点,但同时会引起单帧图像信噪比降低。根据成像激光雷达的原理,建立了其在散粒噪声影响下的测距精度模型,基于该精度模型和机载面阵激光雷达成像的特点,提出了一种应用灰度图像配准叠加提高测距精度的方法。对飞机姿态、光源均匀性、叠加帧数等因素在采用该方法时是否对测距精度有影响进行了分析。分析结果表明,图像完全匹配后,飞机姿态对测距精度没有影响,光源均匀性优于40%时对测距精度影响可以忽略,一定叠加帧数内时灰度叠加不会影响目标之间的相对距离。进行了地面动态实验和机载航拍实验,并将此方法应用于图像的校正,实验结果验证了该方法的有效性。

关键词：图像处理灰度叠加面阵激光雷达测距精度散粒噪声

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