基于CCD成像的激光雷达自动对光技术研究

发布时间：2017-06-04 04:02

  本文关键词：基于CCD成像的激光雷达自动对光技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光雷达作为目前最常用、最重要的大气探测手段之一,在探测大气气溶胶、边界层、水汽、CO2等方面发挥着重要的作用。为保证探测数据的准确性与可靠性,激光雷达工作之前进行发射系统光轴与接收系统光轴的平行调整(对光)工作尤为重要。激光雷达实现自动对光,能够有效地提高激光雷达自动化程度与工作效率,还是保障机载和星载激光雷达数据可靠性的唯一途径。本论文主要研究基于CCD成像的激光雷达自动对光技术,对该技术的可行性和对光误差做了分析,并提出了该技术实现中的图像采集处理与硬件设计。全文共分为六章：第一章,阐述了激光雷达技术的基础,以及利用激光雷达进行大气探测的基本原理,对激光雷达方程进行了介绍。还阐述了进行激光雷达自动对光的研究意义,以及目前自动对光技术在国内外的研究进展。第二章,主要介绍利用CCD成像进行自动对光的技术研究。首先介绍了论文所使用的双波长米散射激光雷达系统,对该雷达的基本结构和控制软件进行了介绍,还提出了对该激光雷达结构进行改造的设计。然后介绍了利用成像法进行自动对光技术研究的理论分析,利用Zemax软件对该技术进行仿真以及利用CCD接收回波信号成像的实际观测对该技术进行验证。第三章,介绍了CCD进行图像采集的软件,主要是利用LabVIEW调用图像采集系统自带的OKAPI32.dll接口动态库来实现。图像采集完成之后,最重要的就是对图像进行处理,将处理结果转换为对二维电动调整架的控制。第四章,讲述了自动对光的精度及相应的误差分析,首先分析了CCD采集图像在对光过程中产生的误差,然后讲述了二维电动调整架产生的误差,最后讲述了对光过程中所能容许的对光界线。第五章,在对自动对光技术可行性论证之后,需要搭建相应的硬件系统完成实验验证。介绍了硬件设计思想,主要包括相关的硬件选型和光路改造,发射光路改造重点在于安装二维电动调整架,接收光路改造重点在于CCD和探测器的安装。第六章,总结了论文的主要工作,对主要创新点进行了凝练,也提出了本论文的不足之处,最后对电机调整高效算法和图像处理技术改进做了进一步的展望。
【关键词】：激光雷达 大气探测 自动对光 CCD 图像处理
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN958.98
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 激光雷达技术基础11-12
• 1.2 激光雷达大气探测原理12-14
• 1.3 激光雷达方程14-15
• 1.4 激光雷达自动对光意义15-16
• 1.5 自动对光方法介绍及国内外研究进展16-23
• 第二章 激光雷达自动对光技术23-42
• 2.1 双波长米散射激光雷达23-30
• 2.1.1 激光雷达基本结构23-24
• 2.1.2 双波长米散射激光雷达24-28
• 2.1.3 双波长米散射激光雷达的软件控制28-30
• 2.1.4 双波长米散射激光雷达自动对光结构改造30
• 2.2 自动对光技术理论分析30-31
• 2.3 自动对光技术软件仿真31-35
• 2.3.1 Zemax软件介绍32
• 2.3.2 Zemax设计过程32-34
• 2.3.3 Zemax设计结果34-35
• 2.4 实验观测结果35-42
• 2.4.1 CCD摄像机35-37
• 2.4.2 实验观测结果37-42
• 第三章 图像采集与处理42-47
• 3.1 图像采集程序42-43
• 3.2 CCD图像处理43-47
• 第四章 自动对光精度及误差分析47-51
• 4.1 CCD采集图像误差47-48
• 4.2 二维电动调整架误差48-49
• 4.3 对光界线分析49-51
• 第五章 硬件设计和后续工作51-58
• 5.1 发射光路改造51-56
• 5.1.1 二维电动调整镜架51-52
• 5.1.2 控制卡及驱动器的选型52-54
• 5.1.3 发射光路改造54-55
• 5.1.4 二维电动调整架调整55-56
• 5.2 接收光路改造56-57
• 5.3 后续工作57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-65
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘建国;桂华侨;谢品华;刘文清;;大气灰霾监测技术研究进展[J];大气与环境光学学报;2015年02期

2 季承荔;陶宗明;胡顺星;刘东;王珍珠;钟志庆;谢晨波;伯广宇;王邦新;周军;;三波长激光雷达探测合肥地区卷云特性[J];光学学报;2014年04期

3 伯广宇;刘东;吴德成;王邦新;钟志庆;谢晨波;周军;;双波长激光雷达探测典型雾霾气溶胶的光学和吸湿性质[J];中国激光;2014年01期

4 陶宗明;刘东;史博;麻晓敏;聂淼;胡顺星;周军;王英俭;;基于三波长激光雷达对强卷云后向散射系数波长关系研究[J];北京理工大学学报;2013年08期

5 陶宗明;刘东;魏合理;麻晓敏;史博;聂淼;周军;王英俭;;三波长激光雷达拟合卷云的粒子形状[J];光谱学与光谱分析;2013年07期

6 刘东;陶宗明;吴德成;王珍珠;王邦新;钟志庆;伯广宇;谢晨波;周军;王英俭;;三波长拉曼偏振激光雷达系统研制及探测个例[J];光学学报;2013年02期

7 于海利;胡顺星;苑克娥;吴晓庆;曹开法;孟祥谦;黄见;邵石生;徐之海;;合肥上空大气二氧化碳Raman激光雷达探测研究[J];光子学报;2012年07期

8 吴德成;刘博;戚福弟;范爱媛;王邦新;钟志庆;伯广宇;刘东;周军;王英俭;;Raman-Mie激光雷达测量对流层大气气溶胶光学特性[J];大气与环境光学学报;2011年01期

9 佟彦超;刘文清;赵南京;刘建国;伍德侠;董云升;陆亦怀;;北京奥运前期典型天气喇曼激光雷达观测研究[J];光子学报;2010年02期

10 迟如利;刘厚通;王珍珠;刘东;周军;胡欢陵;;偏振-米散射激光雷达对卷云的探测[J];强激光与粒子束;2009年09期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张震;数字图像处理中边缘提取和去噪算法研究[D];吉林大学;2009年

2 连静;图像边缘特征提取算法研究及应用[D];吉林大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 甘金来;图像边缘检测算法的比较研究[D];电子科技大学;2005年

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本文编号：419915