OFweek激光網訊：激光作為20世紀科學界的一項偉大而重要的發明,由于激光具有單色性,相干性,方向性等特點,并具有非常高的單光子輻射能量,在大氣傳輸的過程中不容易發生繞射,因此在軍事、航天、工業和環境等眾多方面得以廣泛的應用。激光技術最早的應用領域之一就是目標探測和距離測量。
激光雷達是激光探測與測距(Laser Detection and Ranging, LADAR)是利用激光光波特性,結合掃描和計算機信號處理技術,發射波和回波進行測距、定位和成像,對目標物體特性進行探測。激光雷達技術是一門復雜的系統科學,他結合并了物理學、統計學、激光原理技術、光學工程、信息處理技術、計算機科學、機械和工程應用科學等學科特性,在航空航天、軍事、氣象、醫療等國民經濟生活中得以廣泛的應用。
受微波雷達的啟發,激光雷達無論在原理和設計思想,還是結構設計上均與雷達(無線電探測與定位Radio Detection And Ranging, RADAR)十分相似。然而相對于傳統的雷達而言,激光雷達的探測源使用激光,是激光雷達與使用無線電信號的傳統雷達的最本質區別。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現較高的角分辨率和距離分辨率,這是激光測距成像的優點,除此之外,在波長上,激光比微波或者毫米波要小幾個數量級,因此在激光源的發射系統和回波接收系統的結構設計中,激光雷達的結構更加精簡和實用。
作為激光雷達技術的一個重要分支,激光三維成像技術可用于探測目標外部特征,并在軍用車輛,飛機上得以實際的應用,得到世界各國軍方的重視和認可。激光三維成像可以探測并顯示出目標物體的外形輪廓等信息,并可以結合圖像處理技術,GPS技術,模式識別技術,最終實現目標物體位置和外部細節。與傳統的二維遙感,圖像攝影技術相比,能夠更加真實細致的反應目標物的特征,因此激光成像擁有極大的發展前景。
在激光三維成像系統中,激光測距是激光成像系統的基礎功能,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境,激光源種類,光學準直系統多方面原因影響,而測距精確度主要受到激光發射系統和接受系統兩性能影響。
同時,由于使用激光技術進行的檢測具有快速性、非接觸和非破壞性等特點,三維成像激光雷達使用在現代城市三維建模、數字水利、森林探測等領域,擴大了現代工農業生產、醫學和生命科學、海洋開發等的應用,產生了可觀的經濟效益。三維成像激光雷達和各種光電系統作為新興戰略性產業,正在蓬勃發展。
激光雷達有非成像和成像之分。激光成像雷達的關鍵技術包括,高質量可控制的激光發射源,激光回波信號接收技術,二維或三維掃描技術,圖像處理及目標識別算法。國外激光成像雷達技術方面的研究比較早,在機器人自動導航、目標識別等系統中得到了應用。我國近些年也開始進行這方面的研究,在機器人視覺、車輛導航等方面開始應用。現在,這些研究大都局限于近距離機器人視覺,較遠距離的激光成像雷達導航、避障等應用研究處于起步階段。在激光成像雷達四項關鍵技術中,前三項屬于硬件技術,均不同程度地得到解決,第四項技術屬于軟件技術,目前成為最關鍵的技術。 |
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