基于FPGA的激光距離選通超分辨率三維成像技術(shù)研究

發(fā)布時間：2020-10-13 18:15

　　隨著人們對圖像質(zhì)量要求的提升,傳統(tǒng)的被動成像已無法滿足人們的需求,激光距離選通超分辨率三維成像技術(shù)以其成像距離遠,成像分辨率高,獲得圖像信息豐富,受雨雪霧霾等惡劣環(huán)境影響小等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用、航空航天、軍事國防等各個領(lǐng)域,像人員搜救,海洋探測,港口檢測,航天器軟著陸等等。本文主要對距離選通超分辨率三維成像技術(shù)進行研究,并進行了實驗設(shè)計。首先,進行了距離選通三維成像技術(shù)的方案設(shè)計及理論分析,對選通的同步控制方案進行對比分析,選擇使用外同步控制的方案設(shè)計實驗。在選通成像設(shè)備的選擇方面,經(jīng)過比較最終選擇ICCD來獲取圖像信息。此外還闡述了目前常用的幾種激光距離選通三維成像技術(shù)的工作原理,針對基于梯形和三角形距離能量相關(guān)算法的超分辨率方法進行了深入的研究,設(shè)計了一套用于編碼超分辨率選通控制的碼道波形。其次,基于超分辨率三維成像技術(shù)的工作原理,完成了實驗平臺設(shè)計與搭建的工作。本文利用Altium Designer軟件平臺設(shè)計并繪制了FPGA控制電路板原理圖,主要由FPGA最小系統(tǒng)、電源管理模塊、同步電平轉(zhuǎn)換模塊、模擬圖像采集模塊、存儲模塊、串口通訊模塊以及Cameralink輸出模塊組成。之后,在軟件設(shè)計方面,利用Verilog語言在ISE14.7軟件平臺上實現(xiàn)對FPG A的編程設(shè)計,主要包含上位機向FPGA發(fā)送指令所需串口通訊模塊的設(shè)計、脈沖激光器與ICCD選通同步控制時序的設(shè)計、模擬圖像采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信息模塊的設(shè)計、SRAM“乒乓”存儲模塊的設(shè)計、中值濾波的設(shè)計以及將預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)缴衔粰C的Cameralink模塊的設(shè)計。最后,分別選擇了室內(nèi)的17.1m處紙盒箱,以及室外205m處塔樓和220m處樓群作為實驗?zāi)繕?進行了激光距離選通超分辨率三維成像實驗,并對獲得的實驗數(shù)據(jù)進行了處理分析,通過相應(yīng)的距離能量相關(guān)算法,使用Matlab軟件得到了反演推算后的三維偽色彩圖像。
【學(xué)位單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;TN791
【部分圖文】：

示意圖,選通,示意圖,激光器

圖 1.1 激光距離選通發(fā)展示意圖1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀丹麥國防研究局使用下圖 1.2 所示的三維激光成像系統(tǒng)，采用門控時間切片技即延時步進方法），在不同延時時間對同一目標進行照明，將得到的一些列二維信息進行空間堆疊處理得到圖像的輪廓及距離信息。該實驗使用具有 532nm 波 YAG 激光器和最小門寬為 100ps 的 ICCD 選通相機完成系統(tǒng)平臺的搭建，實驗標為 13.5m 遠處的布偶。其中激光器輸出脈沖能量為 4.3μJ，激光有源成像的距 500m。這套裝置是通過積累成像的，由于激光器輸出能量較低，不能遠距離成像 1.3 為其獲得的布偶三維成像圖[2]。

裝置圖,丹麥,成像系統(tǒng),主動成像