1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
相比于传统的强度调制的相位式激光测距技术,基于载波相位调制的相位式激光测距技术在之前的研究中展现出了很大的优势,如调制和解调比较简单、能同时实现高精度的测距和测速等。为了使该测距系统能在外场条件下工作,对系统进行了一些改进,包括采用收发分离的光学系统、采取外差探测的方式,提出了可行的提高灵敏度的算法。外场实验中,改进系统实现了对75.5 m处的目标的测量,测距和测速的精度分别为0.93 m和5.48×10 -4 m/s,对应的测相精度为0.22°。在正对太阳的情况下,系统测量精度也几乎不受影响。
测量 激光测距仪 相位式测距仪 相位调制 外差探测 测距测速 中国激光
2021, 48(24): 2404001
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高科考人员探测未知环境时的安全系数,实现无接触测量,同时解决二维平面成像无法获取物体距离信息和尺寸信息的问题,设计并实现了一套基于单点脉冲激光测距仪的三维扫描成像系统。首先,利用方差过滤和高斯拟合提高单点激光测距的精度。其次,修正云台角度偏差后通过云台的转动有序扫描并获取物体表面的点云数据。最后,利用具有噪声的基于密度的聚类算法对获取的点云噪声进行滤波,得到轮廓分明、角度清晰、距离准确的三维点云图像。在室内对普通纸盒的成像实验结果表明,该系统测量距离、物体面积以及角度拟合的误差均小于5%;在室外对200 m内的大型建筑进行成像,结果表明,该系统能有效探测未知环境和感知障碍物。
激光技术 激光测距仪 三维点云成像 点云过滤 云台 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0628002
长春理工大学机电工程学院, 吉林 长春 130022
针对测量高速运动暗小目标的需求,提出了一种基于单帧多次局部曝光的测速方法。理论分析了关键参数对测量频率的影响,推导了激光照明目标的灰度成像模型表达式。利用脉冲激光作为局部曝光光源与时序基准,在单帧图像中多次生成带时间戳的目标影像;建立单帧多次局部曝光测速模型,利用单目视觉与激光测距数据实现了暗小目标的空间定位与测速,突破了高速相机测量频率的上限并提高了测量精度;对速度为1500m/s的目标进行了测速仿真实验,结果表明,测速误差小于0.7%。在低速条件下设计了样机实验,相比标准速度的目标发射器,测速误差小于2.5%,且系统成本较低、机动性好,满足工程精度要求。
机器视觉 测速 高速摄影 光源设计 激光测距机 激光与光电子学进展
2020, 57(22): 221508
1 航天东方红卫星有限公司，北京 100094
2 北京航天测控技术有限公司，北京 100041
激光测距仪与视觉图像的融合研究在最近的工业机器人等应用领域中受到越来越多的关注，其中对这两种仪器的位姿标定有利于对二者信息的有效融合。以单点激光测距仪和相机的位姿融合为主要研究内容，提出两种确定两者相对位置和方向的标定方法，在建立光斑相机坐标的基础上分别以可见光斑和不可见光斑为研究内容，分别通过光斑的坐标和平面约束对两种情况建立标定方程，并结合实验验证两种标定方法的有效性和可靠性，实验结果表明：在有限次测量次数的情况下标定结果能够使重投影误差达到3个像素以内，而且运算时间大大减小。
单点 激光测距仪 标定 高可靠性 single-point laser range finder calibration high reliability 红外与激光工程
2020, 49(4): 0413002
1 Faculté des Mathématiques et des Sciences de la Matière, Département de Physique, Univérsité Kasdi Merbah Ouargla, Ouargla 30000, Algérie
2 Centre de Développement des Technologies Avancées, Division Milieux Ionisés & Lasers, Alger 16303, Algérie
3 Laboratório de óptica, Laser e Sistemas, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Campus do Lumiar, Estrada do Pa?o do Lumiar, Lisboa 1649-038, Portugal
4 Faculté des Mathématiques et des Sciences de la Matière, Laboratoire LENREZA, Univérsité Kasdi Merbah Ouargla, Ouargla 30000, Algérie
Frontiers of Optoelectronics
2019, 12(4): 405–412
上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200444
为了快速实现花瓶等具有回转体性质文物的三维数字化,提出了一种非接触式测量方法,并研制了一套文物数字化三维重建系统,克服了文物三维重建时内腔信息缺失以及纹理畸变的问题。对于内腔,通过光学镜片改变激光测距仪光束的方向,结合转台和导轨的运动来获取文物内腔的点云数据;外形点云由线激光扫描仪结合转台运动来获取;为减小文物纹理的畸变,通过相机搭配远心镜头来获取文物不同转动角度位置的纹理图像,然后把所有角度位置提取的像素依次拼接在一起,形成完整的外形纹理展开图。最后介绍了对系统测量误差进行标定与补偿的方法。实验结果表明:此系统可实现对花瓶类文物的三维数字化,重建精度在0.5 mm以内。可满足在博物馆现场对文物进行快速安全三维数字化的需求。
机器视觉 三维传感 线结构光测量 激光测距仪 内腔重建 文物数字化 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 191504
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Space Laser Communication and Detection Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
A scanning three-dimensional coherent laser radar (ladar) based on the frequency modulated continuous wave (FMCW) is proposed and demonstrated, which can obtain many three-dimensional high-quality images. The system utilizes an electro-optic modulator and an optical filter to output a linear FMCW with a bandwidth of 2 GHz. The flexible and variable rotating double prism is used for beam scanning. The images of flight demonstration are formed by attitude compensation correction. The experiment result validates the performance of our system for airborne three-dimensional scanning imaging.
280.3400 Laser range finder 280.3640 Lidar 100.6890 Three-dimensional image processing 040.2840 Heterodyne Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 092801
江苏曙光光电有限公司 激光装备研发部，江苏 扬州 225009
采用高功率激光二极管阵列（LDA）端面泵浦Nd:YAG激光棒方式,结合凸凹非稳腔的设计，获得20 Hz运转条件下小束散角激光输出平均能量约为83 mJ。以该激光为振荡源，同样采用LDA端面泵浦Nd:YAG激光棒的方式进行能量放大，组成LDA端面泵浦振荡-放大（MOPA)激光器，最终获得重频频率20 Hz、平均能量＞200 mJ、发散角＜2.1 mrad、能量波动＜±2.5%的脉冲激光输出。该激光器光光转换效率约为14.6%，体积为175×91×49 mm3，质量＜1 kg，激光经8倍发射天线后发散角＜0.3 mrad。
激光二极管阵列 端面泵浦 振荡-放大器 激光测距机 激光目标指示器 laser diode array(LDA) end-pumped master oscillator-power amplification(MOPA) laser range finder laser target designation
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Radar Imaging and Microwave Photonics, Ministry of Education, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China
Optoelectronic components and subsystems such as optically controlled phased array antennas, distributed radar networks, interferometric optical fiber hydrophones, and high-speed optoelectronic chips demand high-accuracy optical time delay measurement with large measurement range and the capability for single-end and wavelength-dependent measurement. In this paper, the recent advances in the optical time delay measurement of a fiber link with high accuracy are reviewed. The general models of the typical time delay measurement technologies are established with the operational principle analyzed. The performance of these techniques is also discussed.
060.2300 Fiber measurements 120.5050 Phase measurement 280.3400 Laser range finder Chinese Optics Letters
2019, 17(6): 060601
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题, 设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性, 对同一目标多次测量, 采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性, 利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响, 目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响, 结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性, 在飞行高度8 000 m时, 目标定位精度优于8 m。相比于传统定位算法, 该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署, 可操作性强, 具有较大的应用价值。
机载光电成像系统 激光测距 目标定位 扩展卡尔曼滤波 误差分析 airborne electro-optical imaging system laser range finder target geo-location extended Kalman filter error analysis
