基于FPGA的激光距离选通超分辨率三维成像技术研究

发布时间：2020-10-13 18:15

　　随着人们对图像质量要求的提升,传统的被动成像已无法满足人们的需求,激光距离选通超分辨率三维成像技术以其成像距离远,成像分辨率高,获得图像信息丰富,受雨雪雾霾等恶劣环境影响小等优点,被广泛应用于工业、民用、航空航天、军事国防等各个领域,像人员搜救,海洋探测,港口检测,航天器软着陆等等。本文主要对距离选通超分辨率三维成像技术进行研究,并进行了实验设计。首先,进行了距离选通三维成像技术的方案设计及理论分析,对选通的同步控制方案进行对比分析,选择使用外同步控制的方案设计实验。在选通成像设备的选择方面,经过比较最终选择ICCD来获取图像信息。此外还阐述了目前常用的几种激光距离选通三维成像技术的工作原理,针对基于梯形和三角形距离能量相关算法的超分辨率方法进行了深入的研究,设计了一套用于编码超分辨率选通控制的码道波形。其次,基于超分辨率三维成像技术的工作原理,完成了实验平台设计与搭建的工作。本文利用Altium Designer软件平台设计并绘制了FPGA控制电路板原理图,主要由FPGA最小系统、电源管理模块、同步电平转换模块、模拟图像采集模块、存储模块、串口通讯模块以及Cameralink输出模块组成。之后,在软件设计方面,利用Verilog语言在ISE14.7软件平台上实现对FPG A的编程设计,主要包含上位机向FPGA发送指令所需串口通讯模块的设计、脉冲激光器与ICCD选通同步控制时序的设计、模拟图像采集并转换为数字图像信息模块的设计、SRAM“乒乓”存储模块的设计、中值滤波的设计以及将预处理后的图像数据信息传输到上位机的Cameralink模块的设计。最后,分别选择了室内的17.1m处纸盒箱,以及室外205m处塔楼和220m处楼群作为实验目标,进行了激光距离选通超分辨率三维成像实验,并对获得的实验数据进行了处理分析,通过相应的距离能量相关算法,使用Matlab软件得到了反演推算后的三维伪色彩图像。
【学位单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.41;TN791
【部分图文】：

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图 1.1 激光距离选通发展示意图1.2.1 国外发展现状丹麦国防研究局使用下图 1.2 所示的三维激光成像系统，采用门控时间切片技即延时步进方法），在不同延时时间对同一目标进行照明，将得到的一些列二维信息进行空间堆叠处理得到图像的轮廓及距离信息。该实验使用具有 532nm 波 YAG 激光器和最小门宽为 100ps 的 ICCD 选通相机完成系统平台的搭建，实验标为 13.5m 远处的布偶。其中激光器输出脉冲能量为 4.3μJ，激光有源成像的距 500m。这套装置是通过积累成像的，由于激光器输出能量较低，不能远距离成像 1.3 为其获得的布偶三维成像图[2]。

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