基于双面阵探测器关联的无扫描增益调制激光三维成像的研究

基于ICCD的无扫描激光三维成像体制一直是成像激光雷达领域的研究热点，目前已知的这类体制存在着两个共性问题：一、无法在一次激光照明下（或一次曝光下）对目标进行动态三维成像，针对高速运动的目标应用性较差。二、测距误差对回波信号的随机起伏敏感，导致测距精度严重依赖系统的信噪比。为此我们提出基于双面阵探测器关联的无扫描增益调制激光三维成像方法。通过双面阵探测器的分光探测、同步曝光实现单次照明下对运动目标瞬态的三维成像；通过两个探测器获取到的两幅灰度图像间的内在关联性降低测距精度对信噪比的依赖，实现低信噪比下的三维成像。基于双面阵探测器关联的无扫描增益调制激光三维成像对于研究基于光电子统计理论的时域、空域关联图像信息处理具有重要的学术意义。本研究虽是针对增益调制激光三维成像方法，但研究思想和结果可很好地移植到其他基于ICCD的激光三维成像方法中，因而对于无扫描成像激光雷达的研制具有重要的应用价值。

基于单ICCD的无扫描激光三维成像体制的测距精度对回波信号的随机起伏敏感，而且无法对运动目标进行三维成像。为此我们提出基于双面阵探测器关联的无扫描增益调制激光三维成像方法。通过引入相关系数的概念，推导了基于双面阵探测器关联的无扫描增益调制激光三维成像的测距精度，丰富了无扫描激光雷达的精度理论。建立了7个子模块的蒙特卡罗仿真系统，仿真结果表明测距精度与增益调制曲线、光强的随机变化有很强的依赖关系。实验研究表明分光比、多次反射、图像匹配对系统成像质量有影响。双面阵探测器在抗激光输出起伏、大气湍流、散斑效应方面明显优于单面阵探测器系统。实验结果也显示目标的横向运动和纵向运动都使单面阵探测器系统产生图像畸变甚至成像错误区，而双面阵探测器系统可以有效解决这个问题，使其摆脱对高帧频的依赖。另外，研究远距离弱信号条件下，利用双阈值信号处理技术提高测距精度并降低错误概率，并探索了该系统在关联成像和非视域成像中的应用的可行性，拓展了该技术的应用前景。本研究虽是针对增益调制激光三维成像方法，但研究思想和结果可很好地移植到其他基于ICCD的激光三维成像方法中，因而对于无扫描成像激光雷达的研制具有重要的应用价值。