激光回波仿真系统中深度图像生成及驱动技术研究
发布时间：2021-01-21 12:56
激光雷达具有高分辨率、高隐蔽性、强干扰能力以及良好的探测性能,能够实现低功率、远距离的探测,在各类军事和民用领域得到了广泛的应用。在对激光雷达性能的测试中,半实物仿真由于能够节约人力物力,提高测试效率,缩短研发周期而成为研究热点。本文设计的激光回波仿真系统即为一种半实物仿真系统,通过目标相关数据直接驱动激光阵列产生模拟回波,模拟实际的测试环境及目标,达到对激光雷达的测试效果。现有的激光回波仿真系统存在实时性较差,驱动信号精度较低等缺点,同时高分辨率的延时信号生成系统设计难度较高,因此本文研究了高精度、高可靠性、高实时性的激光回波仿真系统深度图像生成及驱动技术。本文主要研究内容如下:首先,对国内外激光回波仿真系统的现状进行研究,分析系统的工作原理,重点针对目标建模部分及高分辨率延时信号生成部分进行研究,结合课题的相关指标,构建了本文系统的总体设计方案。系统主要包括深度图像生成模块以及驱动控制模块,应用了双目立体视觉技术以及锁相环构建延迟线技术,实现了距离分辨率0.05m,即延时信号精度125ps。其次,具体设计系统的两大主要模块以实现模块功能。首先完成深度图像生成模块的设计,生成用于驱动...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锁相环动态配置端口图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-22-设定的。本系统选用Altera公司生产的CycloneIV系列芯片作为FPGA主控芯片，查找数据手册[48]可知，此系列FPGA的压控振荡器频率的可选范围是600MHz~1300MHz，由公式（2-16）计算得到对应相位调整的最小步长范围在96ps~208ps之间。在综合考虑了系统的稳定性和精度之后，将压控振荡器频率设置为1000MHz，即相位调整的最小步长为125ps。之后根据锁相环动态调整的步骤，编写状态机，控制生成的锁相环，并得到目标的同频异相时钟。该状态机的状态转移图如图2-14所示。IDLESTEPWAIT1WAIT2WAIT_DONEEND图2-14锁相环重配置状态转移图此模块经过综合后的原理框图如图2-15所示。图2-15模块综合后的原理图此时实现了单通道亚皮秒级延时生成，而在实际应用中需要生成多通道的延时信号，在单通道扩展为多通道的过程中也存在一些待解决的问题，将在后续章节中进行具体研究。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-28-两个相机均按照以上方法进行标定，此过程即为双目系统的标定。双目系统标定示意图如图3-1所示，对于空间中的一点P，在世界坐标系中对应的坐标为PW，则该点在左右相机坐标系下的坐标可以表示为：rrWrllWlTPRPTPRP+=+=(3-16)其中Rl，Tl为左摄像头经过单目相机标定后得到的旋转矩阵和平移向量，Rr，Tr为右摄像头经过单目相机标定后得到的旋转矩阵和平移向量，其中Pl和Pr又有如下的关系：TRPPlr+=(3-17)综合上式，可以得出：lrTlrRTTTRRR==(3-18)分别对左右相机进行单目标定，得到参数Rl，Tl，Rr，Tr，带入式（3-18）求出左右相机之间的外参数旋转矩阵R和平移向量T，完成标定工作。QqlqrOlOrTR图3-1双目系统标定示意图双目系统标定的结果如图3-2所示。图中标定了左右相机以及棋盘格图像在三维空间中的位置关系。图3-2双目系统标定结果图双目系统标定的数据结果如表3-2所示。表格中显示了相机2对1的偏移矩阵T、旋转矩阵R，以及相机1和2分别的校正旋转矩阵Rl、Rr，投影矩阵Pl、Pr和重投影矩阵Q。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光雷达探测及三维成像研究进展[J]. 刘博,于洋,姜朔. 光电工程. 2019(07)
[2]基于置信度的TOF与双目系统深度数据融合[J]. 孙哲,张勇,常衢通. 北京航空航天大学学报. 2018(08)
[3]DDR2 SDRAM控制器IP功能测试与FPGA验证[J]. 陈平,张春,张一山,姜汉钧,王志华. 微电子学. 2016(02)
[4]一种改进的医学图像深度信息恢复算法[J]. 郭姝言,刘桥,卢进. 电子科技. 2016(01)
[5]基于sift、对极几何和ransac配准的图像拼接方法[J]. 林克全,劳卫伦. 电子测试. 2016(01)
[6]一种高精度时序控制仪设计[J]. 李亚胜. 黑龙江科技信息. 2015(28)
[7]基于FPGA的多路高速数据传输同步时延测量系统[J]. 逄锦昊,苏涛,杨涛,熊梓成. 电子器件. 2015(02)
[8]激光雷达应用技术研究进展[J]. 刘斌,张军,鲁敏,滕书华,马燕新,张文广. 激光与红外. 2015(02)
[9]激光成像目标模拟器建模方法[J]. 张秋晨,施蕊,李卓. 红外与激光工程. 2015(01)
[10]激光雷达的应用及发展趋势[J]. 赵一鸣,李艳华,商雅楠,李静,于勇,李凉海. 遥测遥控. 2014(05)
硕士论文
[1]激光制导仿真系统高频高精度回波生成技术研究[D]. 宋文瀚.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于FPGA的高精度大动态延时系统设计与实现[D]. 张德波.电子科技大学 2015
[3]凝视成像激光雷达系统的动态特性研究[D]. 苏恒.浙江大学 2012
[4]条纹管激光三维成像技术研究[D]. 魏靖松.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2991204
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锁相环动态配置端口图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-22-设定的。本系统选用Altera公司生产的CycloneIV系列芯片作为FPGA主控芯片，查找数据手册[48]可知，此系列FPGA的压控振荡器频率的可选范围是600MHz~1300MHz，由公式（2-16）计算得到对应相位调整的最小步长范围在96ps~208ps之间。在综合考虑了系统的稳定性和精度之后，将压控振荡器频率设置为1000MHz，即相位调整的最小步长为125ps。之后根据锁相环动态调整的步骤，编写状态机，控制生成的锁相环，并得到目标的同频异相时钟。该状态机的状态转移图如图2-14所示。IDLESTEPWAIT1WAIT2WAIT_DONEEND图2-14锁相环重配置状态转移图此模块经过综合后的原理框图如图2-15所示。图2-15模块综合后的原理图此时实现了单通道亚皮秒级延时生成，而在实际应用中需要生成多通道的延时信号，在单通道扩展为多通道的过程中也存在一些待解决的问题，将在后续章节中进行具体研究。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-28-两个相机均按照以上方法进行标定，此过程即为双目系统的标定。双目系统标定示意图如图3-1所示，对于空间中的一点P，在世界坐标系中对应的坐标为PW，则该点在左右相机坐标系下的坐标可以表示为：rrWrllWlTPRPTPRP+=+=(3-16)其中Rl，Tl为左摄像头经过单目相机标定后得到的旋转矩阵和平移向量，Rr，Tr为右摄像头经过单目相机标定后得到的旋转矩阵和平移向量，其中Pl和Pr又有如下的关系：TRPPlr+=(3-17)综合上式，可以得出：lrTlrRTTTRRR==(3-18)分别对左右相机进行单目标定，得到参数Rl，Tl，Rr，Tr，带入式（3-18）求出左右相机之间的外参数旋转矩阵R和平移向量T，完成标定工作。QqlqrOlOrTR图3-1双目系统标定示意图双目系统标定的结果如图3-2所示。图中标定了左右相机以及棋盘格图像在三维空间中的位置关系。图3-2双目系统标定结果图双目系统标定的数据结果如表3-2所示。表格中显示了相机2对1的偏移矩阵T、旋转矩阵R，以及相机1和2分别的校正旋转矩阵Rl、Rr，投影矩阵Pl、Pr和重投影矩阵Q。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光雷达探测及三维成像研究进展[J]. 刘博,于洋,姜朔. 光电工程. 2019(07)
[2]基于置信度的TOF与双目系统深度数据融合[J]. 孙哲,张勇,常衢通. 北京航空航天大学学报. 2018(08)
[3]DDR2 SDRAM控制器IP功能测试与FPGA验证[J]. 陈平,张春,张一山,姜汉钧,王志华. 微电子学. 2016(02)
[4]一种改进的医学图像深度信息恢复算法[J]. 郭姝言,刘桥,卢进. 电子科技. 2016(01)
[5]基于sift、对极几何和ransac配准的图像拼接方法[J]. 林克全,劳卫伦. 电子测试. 2016(01)
[6]一种高精度时序控制仪设计[J]. 李亚胜. 黑龙江科技信息. 2015(28)
[7]基于FPGA的多路高速数据传输同步时延测量系统[J]. 逄锦昊,苏涛,杨涛,熊梓成. 电子器件. 2015(02)
[8]激光雷达应用技术研究进展[J]. 刘斌,张军,鲁敏,滕书华,马燕新,张文广. 激光与红外. 2015(02)
[9]激光成像目标模拟器建模方法[J]. 张秋晨,施蕊,李卓. 红外与激光工程. 2015(01)
[10]激光雷达的应用及发展趋势[J]. 赵一鸣,李艳华,商雅楠,李静,于勇,李凉海. 遥测遥控. 2014(05)
硕士论文
[1]激光制导仿真系统高频高精度回波生成技术研究[D]. 宋文瀚.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于FPGA的高精度大动态延时系统设计与实现[D]. 张德波.电子科技大学 2015
[3]凝视成像激光雷达系统的动态特性研究[D]. 苏恒.浙江大学 2012
[4]条纹管激光三维成像技术研究[D]. 魏靖松.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2991204
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