基于光子计数原理的非视域激光三维成像的精度研究

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1、硕士学位论文基于光子计数原理的非视域激光三维成像的精度研究RESEARCHONACCURACYOFPHOTON-COUNTINGLASERTHREE-DIMENSIONALIMAGINGFORNON-LINE-OF-SIGHTVISION翟建华哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文基于光子计数原理的非视域激光三维成像的精度研究硕士研究生：翟建华导师：靳辰飞副教授申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：物理系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O439U

2、.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceRESEARCHONACCURACYOFPHOTON-COUNTINGLASERTHREE-DIMENSIONALIMAGINGFORNON-LINE-OF-SIGHTVISIONCandidate：ZhaiJianhuaSupervisor：AssociateProf.JinChenfeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：OpticsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefen

3、ce：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着器件技术的发展，特别是高灵敏度、高时间分辨率的探测器的出现，使得成像激光雷达不仅仅局限于对常规目标的探测，还被应用于一些特殊条件或特殊环境下目标的探测和识别，特别是对非视域目标的成像正越来越受到研究者们的关注。这项技术可以发展应用到战场监视、搜索营救、医学诊疗等领域。借助于高性能的成像激光雷达，可以获取非视域目标的回波信号，利用回波信号对非视域目标进行三维重构是非视域成像的关键。本文针对朗伯体场景，从理论和仿真上对非视域目标重构算

4、法和成像精度做初步研究。推导了理想情况下非视域激光成像信号的多次漫反射传输方程。由于非视域成像属于弱光成像，设计了光子计数型非视域激光三维成像系统，建立了非视域激光成像信号的传输理论。鉴于光子计数属于概率事件，建立了非视域激光成像信号的蒙特卡洛仿真模型，仿真了非视域目标回波信号的时域波形。研究了一种非视域目标成像算法，利用椭球面积分路径将时域信号波反演到三维空间中，这种算法可以有效还原非视域目标。针对算法给目标的还原图像带来的噪声，研究了三维拉普拉斯滤波算法，对非视域目标的还原像进行滤波处理，分米尺度的非视域目标的重构像精度可以达到厘米量级。研究了非视域目标激光三维重构像的精度

5、。利用时间三维反演算法所获取理想情况下非视域单点目标的重构位置精度较高，横向精度可达到亚毫米，纵向精度可达到毫米量级。理想情况下非视域双点目标的成像分辨率不仅受瑞利判据的限制，还受成像算法所带来的噪声的影响。本文给出了非视域成像分辨率的研究方法，研究表明系统的成像分辨率为3cm。全面分析了系统的参量如激光脉宽、采样点密度、采样范围对非视域成像精度的影响。提出了提高成像质量、缩短运行时间的成像方案，这将会对今后的实验有积极的指导作用。为了接近光子计数的实际情况，引入光子计数的随机误差和噪声，研究表明光子计数的随机误差对非视域目标成像的影响远大于暗计数和背景噪声对成像的影响。关键词

6、：激光三维成像；光子计数；非视域；成像精度IAbstractAbstractAlongwiththedevelopmentofcomponenttechnology,especiallytheemergenceofdetectorwithhighsensitivityandhightemporalresolution,imaginglaserradarisnotlimitedtotargetdetectioninconventionandithasbeenappliedtothetargetdetectionandidentificationinsomespecialcondi

7、tionsorenvironment.Non-line-of-sightimaginggetsmoreandmoreattentionfromresearchers,whichcanbedevelopedtobattlefieldsurveillance,searchandrescue,medicaldiagnosis,etc.Bymeansofthehigh-performanceimaginglaserradar,echosignalcanbegotfromhiddentarget,us