激光雷达成像技术优秀课件

激光雷达成像技术
成像技术要点
1. 距离测量技术 – 直接飞行时间“Direct Time-of-Flight (TOF)” – 连续波振幅调制的相位“Phase-Based AM-CW” – 连续波振幅啁啾调制“Chirped AM-CW “ – 连续波频率啁啾调制“Frequency chirp (FM-CW)”
外差探测信噪比受相干长度影响。对于洛伦兹型光源线宽:
考虑散焦和相干长度等因素，其效噪比SNR表示为 including the losses due to the defocusing and coherence, the equation becomes:
啁啾激光雷达1个正弦信号测距精度
距离精度range accuracy,
PLCC Engineering
sample
PF210012 21 kHz
1.2 kHz 0.9 mm Circular
±15o / ±15o
sinusoidal
sinusoidal < 0.1% > 80% @
450~650nm < /8 @ 635nm
0o~60oC 10%~85%
< 30dB electrostatic < 100 mW
< 30dB electrostatic < 100 mW
连续波频率啁啾调制测量法
Frequency chirp (FM-CW) used in the Metric Vision MV-200 coherent Ladar.
相干激光雷达距离精度
外差等效噪声功率heterodyne noise equivalent power (NEP) 信噪比 signal-to-noise ratio (SNR) 散焦损耗defocusing loss
脉冲飞行时间测量法（1）
图-1纯脉冲飞行时间物理过程
连续波幅度调制相位测量法
图-2 飞行时间决定相位的物理过程
相位差与距离关系
模糊距离 信噪比与测距精度
举例1
r AM c
2 2FAM
连续波啁啾幅度调制测量法
F-调制深度 T-调制周期 fif -中频
啁啾调制信号与中频信号图示
Block diagram for an experimental single channel (2-D) chirped-AM/cw LADAR
PE100011 10 kHz
1.15 kHz 1.2 mm Circular
±15o / ±12o
sinusoidal
sinusoidal < 0.1% > 80% @
450~650nm < /8 @ 6lt; 30dB electrostatic
< 40 mW 10x10 mm2
先進微系統科技(股)公司2D-MEMS
Preliminary Spec's Scan speed (fast axis) Scan speed (slow axis) Mirror plate size Optical scanning angle Scan trajectory (fast axis) Scan trajectory (slow axis) Scan jitter
dres—探测器面元尺寸
扫描时脉冲积累数：
n B fr 6 m
其中：B-天线3dB光束宽度(deg);fr-重频；m-天线每分转数
瞄准误差与滞后角效应：
.
d
2
d
dt
nr
dt
c
其中：-滞后角；d/dt-扫描速率；-往返时间；r-到目标距离；c-光 速；n-传播介质平均折射率
Model 6400 Moving Coil Capacitive Position Detector Optical Scanner
2. 成像方式 – 扫描成像（X-Y扫描、线扫描、MEMS或DMD扫描） – FLASH成像（焦平面成像） – 条纹相机成像 – 距离选通成像 – 相控阵成像 – 合成孔径成像
激光雷达常见的性能指标
1. 最大辐射功率 2. 水平视场“ horizontal Field of View (FOV)” 3. 垂直视场“ vertical FOV” 4. 光源波长“Wavelength of optical source” 5. 最远测量距离“Maximum distance to be measured” 6. 测量时间/帧频“ Measurement time / frame rate” 7. 纵向分辨率“depth resolution “ 8. 角分辨率“angular resolution” 9. 测距精度“Range Measurement accuracy”
8x8 mm2 PLCC
Engineering sample
PE200012 20kHz
1.2 kHz 1.0 mm Circular
±15o / ±15o
sinusoidal
sinusoidal < 0.1% > 80% @
450~650nm < /8 @ 635nm
0o~60oC 10%~85%
Reflectivity
Mirror flatness Operating temperature Operating humidity Acoustic noise Driving principle Power consumption Package footprint Package
Status
Typical parameters for the Metric Vision MV-200 CLR
Theoretical Range Accuracies for Different Targets for the sensor as described
扫描成像
平行光束扫描 2
会聚光束扫描
2(bc)
abc
脉冲重复频率 fr：
fr NF
其中：N (m n)-像素；F-帧频
总的扫描时间：
Tto stscst
bteoat
Td m
well
其中：tot-总扫描角； tot-光束发散角；Tdwell=1/fr-光束滞留时间
飞行时扫描频率：
V fscan dresN
V—高度H(m)的飞行速度；N=mn—探测器单元数量；