盖革APD面阵激光雷达距离像强度像生成电路研究

发布时间：2021-01-01 04:30

　　非扫描主动成像的盖革模式APD面阵激光雷达具有成像速度快、探测距离远、探测灵敏度高等特点,适用于实时性要求较高的小型化目标探测系统。由于此激光雷达获取的原始距离像信噪比较低,因此需经过多帧累积算法的计算,生成信噪比较高的距离像和强度像,为后续目标识别等任务提供更有效的探测信息。而为保证探测系统的实时性,有必要设计专用硬件电路实现对此多帧累积算法的加速计算。本文设计了一种数据通过率和接口带宽利用率较高的电路方案,实现了对多帧累积生成距离像和强度像算法的硬件加速。此电路方案按功能划分为数据路径部分和数据流调度部分。其中数据路径部分提出一种全流水的电路架构,解决了传统架构的设计难点,实现了低延时和高数据通过率的直方图统计等任务,该架构同时具有灵活的可配置性和稳定的软硬件交互能力;数据流调度部分有三点,首先,通过对激光雷达原始距离像数据位宽的拼接与解析,提高了用于数据传输的LVDS接口的带宽利用率。之后,解析后的原始距离像数据,在面积优化的读写策略和层次化状态机的控制下,实现了对连续帧低存储资源消耗的读写缓存操作,并为数据路径部分提供了稳定的数据流。其中在备选的片外DDR缓存方案中,针对当前应... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

目标建筑（距离探测器2km）原始距离像和对应可见光图像

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文的背景点即背景像元，N 次探测的距离值会在距离门的距离范围内离散分布，即目标回波相比背景噪声有更好的时间相关性。距离像强度像生成算法的初衷便是利用目标与背景噪声这一特性的差异，通过统计时间上连续的多帧并作处理来提高探测结果的信噪比。图 2-3 是本文分别针对原始距离像的某一目标像元和背景像元，统计连续 10000帧对应像元位置的 10000 个点的像素值而生成的两个直方图。直方图横坐标为回波时间计数值即原始距离像像素值，纵坐标为该像素值在 10000 个点中出现的次数。实验结果验证了目标像元时间相关性好，背景像元时间相关性差这一统计特性。

(a) 距离像 (b) 强度像图 2-6 建筑物目标 40 帧累积结果2.2 算法加速必要性和可加速性2.2.1 算法加速的必要性任何算法的计算都离不开其实际应用场景，因为它决定着算法运行的等效度和实时性要求。所谓等效度即算法在实际计算阶段相比仿真阶段是等效实现还是有改动的近似实现。本文距离像强度像生成算法应用的背景为某激光红外双模复合制导项目，计算平台为基于 FPGA+DSP 的硬件平台，运行目标是为激光红外双模复合嵌入式实时信息处理系统提供满足延时要求的等效实现的距离像和强度像。由于项目中红外图像帧频为 50fps，激光雷达帧频为 2Kfps，为保证红外与激光正确融合，距离像和强度像的帧频应为 50fps，因此需要系统至少应在 20ms 内累积 20 帧原始距离像生成一帧距

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于盖革模式APD阵列的非扫描激光三维成像雷达研究综述[J]. 赵洪利,范有臣,孙华燕,李迎春.  激光与红外. 2013(10)
[4]盖革模式APD阵列激光雷达的三维成像仿真[J]. 吴丽娟,李丽,任熙明.  红外与激光工程. 2011(11)
[5]多值图像连通域标记ASIC结构设计[J]. 桑红石,赵慧,尚社.  小型微型计算机系统. 2008(01)

博士论文
[1]实时视觉特征检测与匹配硬件架构研究[D]. 王建辉.华中科技大学 2015

硕士论文
[1]阵列APD无扫描激光雷达非均匀性的分析与实验研究[D]. 朱静浩.哈尔滨工业大学 2013



本文编号：2950917