發(fā)布時(shí)間：2018-11-09 08:45

【摘要】：激光探測技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于水下探測,氣象監(jiān)測等各個(gè)領(lǐng)域,發(fā)展飛速。而激光主動(dòng)層析探測技術(shù)則是通過電子門的開關(guān)對激光沿程傳輸和成像過程進(jìn)行切片分離,把整個(gè)沿程成像的過程分解為不同距離范圍內(nèi)的多幅切片像。使用這樣的成像方式極大的降低了激光沿程傳輸過程中大氣介質(zhì)的光散射、閃爍等噪聲對成像的影響,使成像的信噪比有了很大的提升。并且不同的時(shí)序切片像包含著探測中的距離信息,對不同時(shí)序切片像的處理分析有助于后期對探測目標(biāo)的三維重建工作。綜上,本文將對激光主動(dòng)層析探測的整個(gè)過程進(jìn)行仿真研究。著重考慮激光傳輸鏈路的時(shí)空特性,本文建立了激光層析探測中與時(shí)域和空間回波能量有關(guān)的算法數(shù)學(xué)模型,并使用簡單三維目標(biāo)的成像結(jié)果與蒙特卡洛法(MCM)進(jìn)行了對比驗(yàn)證;本文使用仿真程序?qū)煞N簡單三維探測目標(biāo)在不同激光脈沖寬度和門控寬度條件下的回波能量空間分布情況和最終層析成像結(jié)果進(jìn)行了分析研究,并使用質(zhì)心法初步對多幅仿真切片像進(jìn)行了圖像的三維重建工作;為了分析主動(dòng)探測過程中激光在空間中的能量傳輸特性,本文首先使用電磁學(xué)軟件對不同氣溶膠粒子的光學(xué)特性進(jìn)行了計(jì)算分析,并最終建立了不同粒子光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫和在仿真程序中的調(diào)用模型。對不同粒子光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫的調(diào)用完善了激光傳輸與能量衰減等算法模型,為激光能量傳輸過程的計(jì)算提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ);為了建立完整的層析成像仿真平臺,針對復(fù)雜三維探測模型的成像、大氣介質(zhì)的衰減與回波探測和目標(biāo)的三維重建等問題,本文建立了學(xué)校附近大樓三維模型來進(jìn)行不同參數(shù)下的仿真成像工作,并對不同參數(shù)下得到的切片像序列進(jìn)行了三維重建并評價(jià)了重建結(jié)果的優(yōu)劣和其影響因素,為激光主動(dòng)層析探測實(shí)驗(yàn)的參數(shù)選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了仿真數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[Abstract]:Laser detection technology has been widely used in underwater detection, meteorological monitoring and other fields. On the other hand, the laser active tomography is used to separate the laser from the imaging process through the switch of the electron gate, and the whole process of the laser along the path is decomposed into multiple slice images in the range of different distances. By using this imaging method, the light scattering and scintillation of atmospheric media in the process of laser propagation are greatly reduced, and the signal-to-noise ratio (SNR) of the imaging is greatly improved. And different sequential slice images contain the range information in detection. Processing and analysis of different sequential slice images is helpful to the 3D reconstruction of target detection in the later stage. In summary, the whole process of laser active tomography detection is simulated. Considering the space-time characteristic of laser transmission link, a mathematical model related to time domain and space echo energy in laser tomography detection is established in this paper. The imaging results of simple 3D target are compared with Monte Carlo method (MCM). In this paper, the spatial distribution of echo energy and the final tomography results of two simple 3D targets under different laser pulse widths and gated widths are analyzed and studied by using the simulation program. Using the centroid method, the 3D reconstruction of a number of simulated slice images is carried out. In order to analyze the energy transmission characteristics of laser in space during active detection, the optical properties of different aerosol particles are calculated and analyzed by electromagnetic software. Finally, the database of optical properties of different particles and the call model in the simulation program are established. The algorithm models of laser transmission and energy attenuation are improved by calling the database of optical properties of different particles, which provides a data basis for the calculation of laser energy transmission process. In order to establish a complete tomography simulation platform, aiming at the problems of imaging of complex 3D detection model, attenuation of atmospheric medium and echo detection and 3D reconstruction of target, etc. In this paper, a three-dimensional model of the building near the school is established to simulate the imaging under different parameters, and the sequence of slice images obtained under different parameters is reconstructed, and the merits and demerits of the reconstruction results and the influencing factors are evaluated. It provides the simulation data basis for the parameter selection and system design of laser active tomography detection experiment.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2319921