OFweek激光網(wǎng)訊：激光作為20世紀(jì)科學(xué)界的一項(xiàng)偉大而重要的發(fā)明,由于激光具有單色性,相干性,方向性等特點(diǎn),并具有非常高的單光子輻射能量,在大氣傳輸?shù)倪^程中不容易發(fā)生繞射,因此在軍事、航天、工業(yè)和環(huán)境等眾多方面得以廣泛的應(yīng)用。激光技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一就是目標(biāo)探測和距離測量。
激光雷達(dá)是激光探測與測距(Laser Detection and Ranging, LADAR)是利用激光光波特性,結(jié)合掃描和計(jì)算機(jī)信號處理技術(shù),發(fā)射波和回波進(jìn)行測距、定位和成像,對目標(biāo)物體特性進(jìn)行探測。激光雷達(dá)技術(shù)是一門復(fù)雜的系統(tǒng)科學(xué),他結(jié)合并了物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、激光原理技術(shù)、光學(xué)工程、信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)械和工程應(yīng)用科學(xué)等學(xué)科特性,在航空航天、軍事、氣象、醫(yī)療等國民經(jīng)濟(jì)生活中得以廣泛的應(yīng)用。
受微波雷達(dá)的啟發(fā),激光雷達(dá)無論在原理和設(shè)計(jì)思想,還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上均與雷達(dá)(無線電探測與定位Radio Detection And Ranging, RADAR)十分相似。然而相對于傳統(tǒng)的雷達(dá)而言,激光雷達(dá)的探測源使用激光,是激光雷達(dá)與使用無線電信號的傳統(tǒng)雷達(dá)的最本質(zhì)區(qū)別。由于激光具有極佳的方向性和聚能特性,極窄的探測束在傳輸時能實(shí)現(xiàn)較高的角分辨率和距離分辨率,這是激光測距成像的優(yōu)點(diǎn),除此之外,在波長上,激光比微波或者毫米波要小幾個數(shù)量級,因此在激光源的發(fā)射系統(tǒng)和回波接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)更加精簡和實(shí)用。
作為激光雷達(dá)技術(shù)的一個重要分支,激光三維成像技術(shù)可用于探測目標(biāo)外部特征,并在軍用車輛,飛機(jī)上得以實(shí)際的應(yīng)用,得到世界各國軍方的重視和認(rèn)可。激光三維成像可以探測并顯示出目標(biāo)物體的外形輪廓等信息,并可以結(jié)合圖像處理技術(shù),GPS技術(shù),模式識別技術(shù),最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體位置和外部細(xì)節(jié)。與傳統(tǒng)的二維遙感,圖像攝影技術(shù)相比,能夠更加真實(shí)細(xì)致的反應(yīng)目標(biāo)物的特征,因此激光成像擁有極大的發(fā)展前景。
在激光三維成像系統(tǒng)中,激光測距是激光成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能,測量量程和測量精度是激光測距最重要的兩個因素。其中測量距離受大氣環(huán)境,激光源種類,光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)多方面原因影響,而測距精確度主要受到激光發(fā)射系統(tǒng)和接受系統(tǒng)兩性能影響。
同時,由于使用激光技術(shù)進(jìn)行的檢測具有快速性、非接觸和非破壞性等特點(diǎn),三維成像激光雷達(dá)使用在現(xiàn)代城市三維建模、數(shù)字水利、森林探測等領(lǐng)域,擴(kuò)大了現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)、海洋開發(fā)等的應(yīng)用,產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。三維成像激光雷達(dá)和各種光電系統(tǒng)作為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),正在蓬勃發(fā)展。
激光雷達(dá)有非成像和成像之分。激光成像雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)包括,高質(zhì)量可控制的激光發(fā)射源,激光回波信號接收技術(shù),二維或三維掃描技術(shù),圖像處理及目標(biāo)識別算法。國外激光成像雷達(dá)技術(shù)方面的研究比較早,在機(jī)器人自動導(dǎo)航、目標(biāo)識別等系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。我國近些年也開始進(jìn)行這方面的研究,在機(jī)器人視覺、車輛導(dǎo)航等方面開始應(yīng)用。現(xiàn)在,這些研究大都局限于近距離機(jī)器人視覺,較遠(yuǎn)距離的激光成像雷達(dá)導(dǎo)航、避障等應(yīng)用研究處于起步階段。在激光成像雷達(dá)四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中,前三項(xiàng)屬于硬件技術(shù),均不同程度地得到解決,第四項(xiàng)技術(shù)屬于軟件技術(shù),目前成為最關(guān)鍵的技術(shù)。 |
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