当前位置:主页 > 科技论文 > 电子信息论文 >

基于激光测距的三维空间景深获取

发布时间:2018-01-04 22:36

  本文关键词:基于激光测距的三维空间景深获取 出处:《东南大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 三维测量 激光测距 MEMS振镜 激光投影 TDC-GP21


【摘要】:激光扫描测距技术采用非接触式主动测量的方式直接获取目标的三维数据,克服了传统测量技术的局限性,具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强、适用范围广、不需要合作目标等优点,是实现三维测量最重要的技术手段。目前激光扫描系统普遍存在体积大、功耗高、扫描速率慢等问题。MEMS振镜技术为其向小型化、低功耗、低成本和便携式应用的方向发展提供了相应的器件,具有重要的研究意义。本文将静电式MEMS振镜应用到三维扫描测距系统中,静电式振镜具有结构简单、扫描频率高、功耗低、体积小等特点,是三维扫描系统小型化的首选。本文以静电式MEMS振镜作为扫描器件,设计了一种高速激光扫描测距系统,并进行了实际测量和数据分析,为三维激光扫描技术的小型化取得了突破。针对激光扫描测距系统设计时四个关键环节,详细分析和比较了目前主流的激光测距方法、激光测距探测方法、激光扫描方法和时刻鉴别方法。针对小型化、高扫描速率的特点,设计了整个激光扫描测量系统。系统选择使用脉冲激光测距法来测距,脉冲激光器发射脉冲激光后,一部分经分光镜反射直接由PIN探测器接收作为start信号。利用MEMS振镜作为扫描器件对另一部分脉冲激光反射以调整飞行方向,脉冲激光到达探测目标后发生漫反射,采用单元APD探测器接收回波信号,并用前沿时刻鉴别法确定时刻作为stop信号,再由计时模块测量两个信号的时差。采用台湾OPUS公司的静电式MEMS振镜OP-6111作为扫描器件。分析了其工作原理和扫描轨迹的特点,通过仿真确定了工作频率,根据性能参数开发了配套的驱动电路,实现了振镜驱动和坐标计算。并在此基础上开发了激光投影系统,实现了“SEU”字符的投影显示。本文基于德国ACAM公司的时差测量芯片TDC-GP21设计了脉冲激光测距系统。时差测量的精度可以达到91.5ps。实际测距时,使用固体激光器产生脉宽35ns的脉冲激光,使用PIN探测器和APD探测器给TDC-GP21芯片提供start和stop信号。测量近距离目标时,误差小于0.23m。最后本文基于MEMS振镜扫描模块和脉冲激光测距模块,搭建了激光扫描测距系统。使用RS232串口将数据实时传输到电脑,测量速率达到2333Hz。本文对系统的测量速率和扫描盲点问题进行了详细的分析,提出了改进方法。用系统对简单物体进行三维扫描,用MATLAB还原出了三维图。
[Abstract]:Laser scanning ranging technology directly acquires 3D data of target by non-contact active measurement, which overcomes the limitation of traditional measurement technology, and has high measuring speed, high precision and strong anti-interference ability. It is the most important technique to realize 3D measurement because of its wide application range and no need of cooperative target. At present, the laser scanning system is widely used in large volume and high power consumption. MEMS vibroscope technology provides devices for miniaturization, low power consumption, low cost and portable applications. In this paper, electrostatic MEMS vibroscope is applied to 3D scanning ranging system. Electrostatic vibrating mirror has the characteristics of simple structure, high scanning frequency, low power consumption and small volume. It is the first choice for the miniaturization of 3D scanning system. In this paper, a high speed laser scanning ranging system is designed with electrostatic MEMS vibrating mirror as the scanner, and the actual measurement and data analysis are carried out. A breakthrough has been made for the miniaturization of 3D laser scanning technology. Aiming at the four key links in the design of laser scanning ranging system, the current mainstream laser ranging methods and laser ranging detection methods are analyzed and compared in detail. Aiming at the characteristics of miniaturization and high scanning rate, the whole laser scanning measurement system is designed. The system chooses the pulse laser ranging method to measure the distance. The pulse laser emits the pulse laser. One part is directly received by the PIN detector as the start signal, and the other part of the pulse laser is reflected by the MEMS vibrator as the scanner to adjust the flight direction. When the pulse laser reaches the target, diffuse reflection occurs. The unit APD detector is used to receive the echo signal, and the forward time discriminant method is used to determine the time as the stop signal. Then the time-difference between the two signals is measured by the timing module. The electrostatic MEMS vibrating mirror OP-6111 of Taiwan OPUS Company is used as the scanner. The working principle and the characteristics of the scanning track are analyzed. The working frequency is determined by simulation, the matching driving circuit is developed according to the performance parameters, the drive of the vibrating mirror and the coordinate calculation are realized. On this basis, the laser projection system is developed. Implemented "SEU" In this paper, the pulse laser ranging system is designed based on the TDC-GP21 chip of ACAM company in Germany. The precision of time difference measurement can reach 91.5 ps. . A pulsed laser with a pulse width of 35 ns is generated using a solid-state laser. PIN detector and APD detector are used to provide start and stop signals to TDC-GP21 chip. The error is less than 0.23m.Finally, based on the scanning module of MEMS vibroscope and the module of pulse laser ranging, a laser scanning ranging system is built, and the data is transmitted to the computer in real time by using RS232 serial port. The measurement rate is 2333Hz. This paper analyzes the measurement rate and the blind spot of the system in detail, and puts forward an improved method. The system is used to scan the simple object in three dimensions. The three-dimensional image is restored by MATLAB.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN247

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 彭程;;激光测距测试打印仪[J];激光技术;1991年05期

2 天骄;激光测距[J];应用光学;1997年02期

3 孙韶媛,王利平,刘世才,张保民;激光测距数据与夜视图像的实时叠加[J];激光与光电子学进展;2000年11期

4 三浩;激光测距的工业应用[J];激光与光电子学进展;2000年11期

5 彭仕玉,张国云;提高相位激光测距精确度的研究[J];岳阳师范学院学报(自然科学版);2002年02期

6 何俊发,王红霞,刘晓彬;激光测距新方法研究[J];应用激光;2003年05期

7 赵栋;刘立人;王吉明;郎海涛;潘卫清;刘锡民;;基于光子数目比较的激光测距法[J];光学学报;2006年07期

8 张慧;胡雅育;;提高相位激光测距精确度的研究[J];上海电机学院学报;2006年S1期

9 马业伟;赵尚弘;蒙文;马丽华;;激光测距信号内插法研究[J];现代电子技术;2007年02期

10 邓岩;赵振明;李佳宇;;提高相位式激光测距分辨率的一种设计方法[J];长春理工大学学报(自然科学版);2008年02期

相关会议论文 前10条

1 邢强林;杨福民;唐嘉;李舰艇;高昕;;异步应答激光测距原理与试验验证[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年

2 李玉株;肖江;黄丽燕;刘君;;基于TDC-GP2的激光测距系统设计[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年

3 陈志赋;薛明晰;刘宝华;刘羽翔;王伟明;侯章亚;;高精度电路延时方法在激光测距装备模拟检测中的应用[A];第十四届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2012年

4 黄震;徐国雄;倪旭翔;陆祖康;;数字相关检测技术扩大脉冲式激光测距测量范围的研究[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年

5 董淳;;激光测距方法研究现状[A];第二十八届中国(天津)2014IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2014年

6 徐实学;陈延如;赵琦;;小尺寸高精度激光测距系统实现方法研究[A];2008年激光探测、制导与对抗技术研讨会论文集[C];2008年

7 林剑春;孙丽崴;雍朝良;杨林;陈凡胜;;基于激光测距的面阵探测器拼接方法研究[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

8 任建国;张宝东;战德军;张乐;;激光测距中的几种虚警抑制措施[A];第十届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2004年

9 倪维斗;;火星和深空激光测距科学目标与实验关键技术的研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第六届学术年会暨863计划“深空探测与空间实验技术”重大项目学术研讨会论文集[C];2009年

10 李欣;郝兴华;郑少怀;郭唐永;邹彤;王战锋;;武汉人卫站的kHz激光测距实验[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前6条

1 王莲萍 李含德 李卫芳;为了蔚蓝的天空[N];中国航空报;2004年

2 王韵晟;激光雷达与激光测距[N];中国测绘报;2008年

3 ;为了蔚蓝的天空[N];大众科技报;2006年

4 本报记者 祖铁楠;高功率半导体激光器研制寻求突破[N];中国电子报;2001年

5 王莲萍 徐建军;为了天空的蔚蓝[N];中国妇女报;2006年

6 记者 李薇;“神舟”四号轨道舱遨游太空 我国成功对其进行激光测距[N];中国测绘报;2003年

相关博士学位论文 前1条

1 贾方秀;多频调制的相位法激光测距中若干关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 蒋钱;高精度脉冲激光测距系统的研究设计[D];南京信息工程大学;2015年

2 丁熙;基于激光测距技术的物料堆位自动测量系统的设计与实现[D];西南交通大学;2015年

3 毛有明;精密激光测距系统的研究[D];沈阳理工大学;2015年

4 贺梓超;激光测距关键技术研究及实现[D];电子科技大学;2014年

5 孙瑜;激光对接系统建模与实验[D];长春理工大学;2014年

6 尚君莹;基于FPGA的激光测距系统的算法的研究[D];河北工业大学;2015年

7 李哲;相位式激光测距鉴相方法研究[D];西安电子科技大学;2014年

8 文琴;基于激光测距的遥测技术研究[D];重庆大学;2015年

9 刘洋;基于激光测距和视频分析技术的高速铁路雪情监测系统研究[D];北京交通大学;2016年

10 陈华成;基于STM32和CPLD的激光测距板测试系统[D];东南大学;2015年



本文编号:1380444

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1380444.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户73e06***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com