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军工航天新闻

美国激光雷达技术及其应用会议报道

星之球科技 来源:上海光机所2016-11-29 我要评论(0 )   

于2016年4月17日在美国马里兰州巴尔的摩召开激光雷达技术与应用会议,本报选取SPIE 9832卷文章摘要摘译如下。

于2016年4月17日在美国马里兰州巴尔的摩召开的激光雷达技术与应用会议,会议议题包括:单光子传感系统、空间应用、数据处理及计算、先进组件技术及系统、3D成像与测距、光谱应用,本报选取SPIE 9832卷文章摘要摘译如下:

  1、美国Exciting Technology有限责任公司的Paul F. McManamon等人发表题为《非扫描激光雷达探测器的方案比较》文章。
  本文将讨论多个非扫描激光雷达摄像机方案,并通过计算在特定条件下某一区域所需能量来比较灵敏度。作者定义两个基本场景,在每个场景下分别观察无遮挡地面的三维成像,具有64灰度等级或6位灰度的3D成像,每个探测器元件有来自不同范围的3个回波脉冲的3D成像,以及有灰度等级且每个探测器有多个回波的3D成像。作者比较了盖革模式雪崩光电二极管(GMAPDs)、线性模式雪崩光电二极管(LMAPDs),以及传统上用于2D成像但结合快速偏振旋转级可用于3D成像的低带宽摄像机。
 
  2、美国Woolpert公司的Joshua Gluckman发表题为《高海拔、机载、单光子雷达测绘仪器的处理链路设计》文章。
  采用单光子敏感的阵列探测器处理从高海拔、机载激光雷达仪器获取的数据存在一些挑战:阵列探测器产生大量的数据;单光子敏感探测器产生高层噪声;高海拔操作难以实现精确的地理定位。为了应对这些挑战,作者为高海拔、单光子、机载雷达测绘仪器研制了一套独特的高度自动化的处理链路。处理链路包括用于重合处理、降噪、自校准、数据拼接和地理定位精确度增强的算法。和所有单光子敏感系统一样的是较高的背景光子噪声水平。在处理链路中的关键一步是用于密度估计的快速准确的算法,用来将激光雷达信号从背景光子噪声中分离出来,从而允许使用宽量程门并实现系统白天运行。额外的滤波算法用于去除或减少系统和探测器的其它噪声。利用仪器的圆锥扫描方式的优化算法被用于改善地理定位和自校准系统。
 
  3、奥地利RIEGL激光测量系统有限公司的A. Ullrich等人发表题为《线性激光雷达与盖革模式激光雷达:对数据属性和数据质量的影响》文章。
  激光雷达已成为快速可靠地提供精确的3D数据必不可少的技术,即使是在不良测量情况和恶劣环境中。它能提供高精确的点云,且每个点有相当数量的额外有价值的属性。基于盖革模式雪崩光电二极管阵列,也称为单光子雪崩光电二极管阵列的激光雷达系统早期被用于军事应用,现在希望进入三维数据采集的商业市场,相对于传统技术,广告显示在更长的距离有更高的点采集速度。出版物指出了这些新系统相对于另一种激光雷达类别“线性激光雷达”的优点,因为用于检测激光回波脉冲的首要接收器元件(雪崩光电二极管)运行在线性模式下,故称为线性激光雷达。作者分析了两种激光雷达的技术之间的差异,和它们各自所提供的数据的基本差异。也讨论了物理学对这两种LIDAR方案施加的限制,并对线性激光雷达相对于光子计数方法的优点进行了讨论。
 
  4、法国国家航空航天科研局ONERA的Antoine Coyac等人发表题为《使用GmAPD阵列进行三维激光成像的模拟和实验比较:应用于长程探测》文章。
  在本文中,作者说明使用盖革模式雪崩光电二极管(GmAPD)阵列进行长达数千米的远距离探测的可行性及好处。文中描述对盖革检测传感器的模拟,这是作者的端到端激光模拟器的一部分,用来从合成场景中生成模拟三维激光图像。产生的三维点云与用GmAPD 3D相机对相似的场景进行的实验采集进行了比较。给出了长距离探测的运行情况:在地面上方伸出的铜电缆,1公里远的实验系统,保持水平的视线(LOS)。从远距离观察这样的小物体有力的证明了GmAPD焦平面阵列可以很容易地用于从机载平台以良好的空间和时间分辨率来实时进行3D测绘或监控应用。
 
  5、美国犹他州州立大学的Scott E. Budge等人发表题为《对用于行星着陆过程中自主导航和危险避免的多普勒激光雷达系统的模拟》文章。
  探索太阳系天体的最新计划建议书要求下降阶段准确的位置和速度数据,以确保在预先指定的地点安全软着陆。在着陆演习中,机载惯性测量单元(IMU)的精确度可能不可靠,因到达目的地延长的旅行时间内的漂移。美国宇航局(NASA)已经提出了多个光束的先进多普勒雷达系统,可用于在下降过程中准确地确定着陆器的状态和位置,并检测在该着陆区域中可能存在的危险。为了评估这种多普勒雷达着陆系统的有效性,以不同的光束数量和配置模拟系统是有意义的。此外,必须掌握该系统的检测和测绘潜在着陆危险的有效性。本文报道了使用LadarSIM系统仿真软件模拟多束激光雷达多普勒系统性能。文中给出了模拟方法的细节,以及激光雷达的性能参数,如距离和速度的精度、检测和误报警率、多普勒激光雷达在着陆点检测和表征模拟的危险的能力的例子。模拟包括调制脉冲产生和相干检测方法、光束足迹模拟、光束扫描和与地形的相互作用。
 
  6、美国航天局Langley 研究中心的Vincent E. Roback等人发表题为《三维非扫描激光雷达在Morpheus项目自主火箭推进着陆器着陆到类月障碍区域飞行测试中的性能》文章。
  这是3D非扫描成像激光雷达仪器第一次用于飞行中扫描类月球障碍区域,构建3D数字高度图(DEM),以确保安全着陆点,并与实验制导、导航和控制系统保持一致,帮助引导Morpheus项目自主火箭推进、自由飞行着陆器在障碍区域着陆到安全地点。自主精确着陆和危险探测与规避技术(ALHAT)系统的TRL6演示飞行测试,包括从NASA-Kennedy发射,从250米高度的类月球下降轨迹,类月障碍区域如岩石、火山口、危险斜坡的着陆,安全位置在400米以下范围。ALHAT项目开发了一套在任何照明条件下在行星挑战性地形上安全、精确载人或机器着陆的系统。非扫描激光雷达是第二代、结构紧凑、实时空气冷却仪器。根据飞行范围内广泛的地面表征,非扫描激光雷达能够对倾斜范围1千米的障碍成像,具有8厘米不等精度和精度范围优于35厘米,都是在1-σ。非扫描激光雷达能识别最小30厘米的登陆障碍,Morpheus项目能达到的最大倾斜范围为450米,然而,在某些风力条件下很容易有火箭发动机加热空气所产生的闪烁,和被在发射和风导致的试验飞行方向传输期间创建的尘云预先触发。
 
  7、美国罗彻斯特理工学院的Colin Axel等人发表题为《自然灾害后道路碎片的遥感检测和量化》文章。
  迅速了解公路网情况对于任何重大灾难后制定高效的应急预案都是至关重要的。倒下的建筑物,不动的车辆,以及其他形式的碎片往往使急救人员在道路上无法通行。道路的状态一般是通过费时费力的方法来确定,比如实地调查和对遥感影像的人工解读。机载激光雷达系统提供一个用于执行道路网评估的低成本可选方案。宽范围内的3D数据可以快速地收集提供有关场景的几何形状和结构的有价值信息。本文提出了一种使用机载激光雷达数据自动检测和表征道路碎片的方法。将落入该道路范围内的点从点云中提取出来,使用区域生长聚合为单个对象。使用表面性能和上下文线索,对象被分类为碎片或非碎片。碎片堆使用α形状来重建表面,从而可以估算该碎片的体积。文中给出自然灾害发生后采集的实时激光雷达数据结果,初步结果表明,准确碎片地图可以使用所提出的方法来自动生成。尽管在残缺的交通网络下,这些碎片的地图对于试图找到幸存者的灾害管理和应急小组将是一个非常宝贵的资产。
 
  8、美国亚利桑那大学光学科学学院的Walter D. Zacherl等人发表题为《在受限的、隧道状环境中记录激光雷达数据的自动化方法》文章。
  为具有高长宽比几何尺寸、运行在曲线坐标的数据,专门定制了一种自动记录激光雷达数据集的方法。放宽了其它算法中角度要求的典型的邻近数据集之间的最小变化。范围的数据用一系列离散的高斯和高斯滤波器的导数来滤波以形成二阶泰勒级数逼近至每个采样点的表面。计算了相对于表面法线的主曲率,并跨越相邻数据集比较,以确定同源性和最适合的转移矩阵。该方法减少了对原始数据量的要求和处理时间。
 
  9、瑞典FOI国防研究署的Ove Steinvall等人发表题为《识别小目标的激光测距分析》文章。
  出于对海军安全的考虑,对远距离探测和分类小表面的目标与机载目标有了日渐增强的需求。由于对非常高的横向传感器分辨率的要求,小目标的远距离ID或更近距离ID在成像上有其局限性。也因此激发了为目标ID研发一维激光技术的需求。这些措施包括振动测量,以及激光测距分析。振动测量可以得到好的结果,但也对视场中目标上的特定振动部件敏感。激光测距分析是有吸引力的,因为最大的范围可以很大,尤其是当激光束宽度很小的时候。距离分析器也可以用在扫描模式下用于检测某个扇区内的目标。当目标更接近且是角分辨时,相同的激光也可以用于主动成像。本论文将展示对6-7公里范围内小型船只,和近距离(1.3公里)无人机样机的激光测距分析的实验和模拟结果。用该分析系统作者同时对目标探测和识别获得了良好的效果。基于目标的CAD模型来比较实验和模拟测距的波形,支持分析系统作为第一识别传感器的想法,从而缩小基于在近范围成像的自动目标识别的搜索空间。海军实验在波罗的海进行,分析系统旁边有许多其他主动和被动电光传感器。文中将讨论激光分析和成像系统之间的数据融合。另外无人机实验在FOI屋顶的实验室进行。
 
  10、美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Lori A. Magruder等人发表题为《三维点云自动化特征提取》文章。
  光探测和测距(LIDAR)技术为各种应用提供以厘米级精度迅速捕捉高分辨率的3维表面数据的能力。由于激光雷达系统的树叶穿透特性,这些地理空间数据集可以探测到树木下边的地表面,从而产生高保真的光秃大地高程模型。地面的精确表征允许在点云内识别出地形和非地形点,并有利于仅基于结构方面和相对邻近参数在天然和人造物体之间进一步辨别。这里给出一个框架,用来在不依赖于重合邻图像或点RGB属性的情况下自动提取自然及人造的特征。TEXAS(地形提取与分割)算法首先从激光雷达测量中生成裸露地表,然后用来区分点是地形或非地形。进一步的分类是利用局部空间信息来分配点级别。相似的分类的点,然后聚集到一个区域来识别单个的特征。产生每个区域的空间属性的描述,用来识别个别树的位置,森林区段,建筑物占据区域,和三维建筑物形状,以及其他的类型。然后将全自动化的特征提取算法的结果与地面实况进行比较,以评估方法的完整性和准确性。

    11、美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的Shea Hagstrom等人发表题为《从主动激光雷达中产生被动近红外成像》文章。
  许多现代的激光雷达平台包含一个集成RGB摄像头用于捕捉上下文图像。但是,这些RGB摄像头不收集近红外(NIR)颜色通道,漏掉许多对分析目的有用的信息。这就提出了:在这种情况下,在近红外收集的LIDAR数据是否可用作实际的近红外图像的替代物?在近红外的另一来源,例如卫星图像不可用时,产生基于LIDAR的近红外图像是潜在有用的。激光雷达是一个与运行被动系统非常不同的主动传感系统,因此需要额外的处理和校正以接近一个被动仪器的输出。作者研究从激光雷达获取近似的被动近红外图像来得到真实数据集的方法,并评估与真正的近红外图像的差异。
 
  12、美国佐治亚技术研究所的Robert L. Ortman等人发表题为《以总传播不确定度为波形可分辨的激光雷达系统提供实时、混合模式的计算架构》文章。
  作者为测深雷达开发出一台实时计算机样机,可以根据总传播不确定度(TPU)产生点云。这台实时计算机采用由FPGA,CPU和GPU组成的“混合模式”架构。数字转换器的用户可编程FPGA实现降噪和测距,GPU计算坐标和TPU。Keysight公司的 M9703A数字转换器和用户可编程的Xilinx Virtex6 FPGA数字转换器同时数字化多达八路激光雷达数据完成测距,并通过PCIe将数据传输到CPU。浮点密集型坐标和TPU计算则在NVIDIA Tesla K20 GPU上执行。原始数据和计算结果写在SSD RAID上,属性化点云显示给用户。这个原型计算机已经使用乔治亚理工大学一个水箱测量了7米深波形测试过,并模拟20m深度的波形。初步研究结果表明,该系统能计算、存储和显示每秒大约2000万个点。
 
  13、中国河海大学的Jianping Yue等人发表题为《基于GBInSAR提取DEM的方法研究》文章。
  在地质、水文、自然资源调查和变形监测等领域,精确的地形信息有着非常重要的作用。基于合成孔径雷达干涉量度法(InSAR)提取数字高程模型(DEM)技术是通过雷达图像数据的相位信息获取目标区域三维高度数据的。该技术具有大规模、高精度、全天候的特点。通过上下改变地面雷达系统位置轨道形成空间基线。然后,从不同的角度获取图像数据得到目标区的DEM。三维激光扫描技术可以快速、有效且准确地获取目标区域的DEM,从而验证了GBInSAR提取DEM的精度。但使用GBInSAR在目标区域提取DEM的研究很少。由于当前基于GBInSAR提取 DEM缺乏理论和精度较低的问题,本文对其原理进行了深刻的研究和分析。文中将提取目标区域DEM与GBInSAR数据相结合。然后,比较了由GBInSAR得到DEM与由三维激光扫描数据得到的DEM,然后做了统计分析和正态分布测试。结果表明:通过GBInSAR得到的DEM是与由三维激光扫描获得的DEM大体一致,且前者的精度更高。这两个DEM的差异大约服从正态分布。这表明基于GBInSAR提取目标区域DEM的方法是可行的,并为GBInSAR推广和应用奠定了基础。
 
  14、美国Vescent光电公司的Scott R. Davis等人发表题为《由非机械电光光束转向器生成的轻型、坚固耐用的固态激光雷达系统》文章。
  目前开发激光雷达(LIDAR)用于各种各样车辆的自主导航和防撞引起了广泛关注。在这些应用中,最小化尺寸、重量和功耗(SWaP)是至关重要的,特别是需要定位、校准和对接的机载型先进成像系统。在本文中,作者设计了一套小型化大能量雷达系统,在没有移动部件的前提下,利用电光(EO)光束转向器件的液晶双折射实现20° x 5°视场(FOV)。FOV将显著增加未来视野。除了扫描,该装置能够运行在“点和保持”模式,即将它锁定到单个运动对象上。所述非机械设计导致特别有利的尺寸和重量值,分别为:1 L和<1Kg。此外,这些EO扫描仪运行时无机械共振或惯性影响。用重复率为50kHz,脉冲能量1mJ,光束直径为2mm的激光来成像,在100m范围内证明产生了2 fps的帧速率,受激光脉冲重复频率限制。由EO转向器提供的精细控制产生6*10-4度的角精度。此视场可以用精细的,非机械偏振光栅光束转向器增加。在本文中,作者将介绍设计理念、初步结果以及下一代改进计划。
 
  15、美国陆军研究实验室的Barry L. Stann等人发表题为《MEMS扫描雷达的研究进展》文章。
  陆军研究实验室(ARL)一直致力于小型无人地面车辆(UGV)和小型无人驾驶飞行器(UAV)短距离激光雷达成像仪的研究开发。当前激光雷达试验机基于耦合到低成本脉冲掺铒光纤激光器的微机电系统(MEMS)反射镜。参数为:5-6 Hz帧速率,图像尺寸为256 (h) x 128 (v)像素,能视域为42o x 21o ,35米范围,人眼安全运行,40厘米超高分辨率。驱动小的地面机器人,并努力将激光雷达推广到无人机应用的实验经验进一步鼓舞研究人员提高激光雷达的性能。数据采集系统现在可以在一个像素内捕捉三个返回脉冲的数据(也就是第一个,最后一个,和最大回波那个),以及诸如经过时间,运行参数,惯性导航系统中的数据等信息。作者将提到为获得眼睛安全认证而加入的子系统以及其性能。为满足UAV应用对范围增强的要求,作者描述了一个能将信噪比(SNR)提高到现有设计数倍以上的新的接收器电路。配合这一工作,作者将讨论研究建立一个低电容大面积探测器,或许可以使接收器的信噪比进一步提高。最后,作者将建立一个试验激光雷达以证明范围增大为160米,并概述进程。若成功,此激光雷达将与彩色摄像机和惯性导航系统进行集成,以建立一个数据收集包以确定一个小无人机的成像性能。
 
  16、美国Mirrorcle科技公司的Abhishek Kasturi等人发表题为《具有MEMS镜扫描能力的无人机载激光雷达》文章。
  首先,作者研究了一个具有成像和激光跟踪能力的无线控制MEMS扫描模块,其可安装在一个小型无人四轴飞行器上飞行。MEMS扫描模块的体积可以缩减到<90mm x 60mm x 40mm,重量小于40g,使用一台功率约为5mW的激光器供源,功耗低于750 mW。MEMS扫描模块是通过智能手机的蓝牙控制飞行的,并能发送向量内容、文本并执行激光跟踪任务。此外,基于低SWaP(大小,重量和功率)、无万向节MEMS镜光束调向技术和非专门设计的OEM LRF模块,为无人机应用开发了“点和范围”激光雷达模块。为了演示集成激光测距仪模块,作者用一个简单的非专门设计的OEM激光测距仪(LRF),它在100米范围内,有+/-1.5毫米的准确性和4赫兹测距能力。对LRFS接收器光学元件进行了修改以接收20°角,用于匹配发射器的视场角。在演示中使用一个相对大(5.0毫米)直径、+/-10°光学扫描角的MEMS镜,用于维持模块的小光束发散。完整的激光雷达样机可适应<70mm x 60mm x 60mm的小体积,重量<50克,并且由无人机的电池供电。基于激光雷达系统的MEMS反射镜允许在不用改变无人机位置的情况下,根据需要对视场角内的点或地区测距。利用机载惯性传感器和照相机来增加LRF测距的频率和稳定激光束的指向是下阶段设计的目标。
 
  17、美国先进系统和技术公司的Anatoliy Khizhnyak等人发表题为《先进激光雷达系统的脉冲激光成像放大器》文章。
  安保措施有时需要对政府、军队和公共场所进行持久监视。边境、桥梁、体育场馆、机场和其他地点通常使用低成本摄像机来监控。它们的低光性能可以用激光照明器来加强,然而各种运行场景可能需要低强度激光照明,使得物体散射的光强度低于激光雷达图像检测器的灵敏度。本文讨论一种新型的高增益光学图像放大器。该方法能做到传入和放大信号的时间同步精度≤1纳秒。该技术允许无需将输入频谱与腔模式进行匹配,只要输入信号在放大器的光谱带内即可实现对输入信号的放大。作者已通过实验衡量了该放大器的性能:40 dB的增益,视场角为20毫弧度。
 
  18、英国Thales公司的M. Silver等人发表题为《新型、超轻巧高性能、人眼安全激光测距仪》文章。
  紧凑型人眼安全激光测距仪(LRFS)是未来传感器的关键技术。除了减小尺寸、重量和功率(SWaP),越来越需要紧凑型LRFs发送更高重复频率连发模式。连发模式允许从快速移动的目标采集遥测数据或同时移动式传感。作者描述了一个新型、超小型、长距离、人眼安全的激光测距仪组合一个可以具有连发能力的新型发射器。发射器是二极管泵浦、掺铒玻璃、被动调Q固态激光器,它采用通信零部件行业的设计和封装技术。这种方法的主要优点是,发射器可被设计成匹配主动激光元件的物理尺寸和亚毫米大小的激光光斑。这使得发射机与现有的设计相比明显变小,实现温度管理上的大大改进,并实现了较高的重复率。此外,该设计方法与以前的设备相比,具有更高可靠性、更低成本和更小外形。作者目前已将此新发射器安装到激光测距仪中。LRF的尺寸为100×55 x 34毫米(长x宽x高),单次发射范围可高达15公里,温度范围为-32°C至+ 60°C。由于发射器优越的散热性能,该单元能够连续以1Hz和高达4Hz短脉冲重复率运行。10Hz的短脉冲运行也已在实验室的发射器上验证。
 
  19、美国犹他州州立大学的Bikalpa Khatiwada等人发表题为《应用于多纹理像素图像的集束调整三维图像重建技术》文章。
  在灾害响应、数字地面模型、目标识别和文化遗产等许多应用领域,创建3D图像的重要性正在逐渐增加。目前已经提出几种方法用于生成纹理像素图像,包括熔融激光雷达和数字影像。以前的方法仅限于生成两幅纹理图像或每幅只有一个激光雷达数据的多幅纹理。一个关注的焦点仍然是生成多幅纹理图像以创建3D模型。文中描述使用多个纹理图像创造真正的3D图像的过程。纹理相机结合二维数字图像和校准后的三维激光雷达数据可以形成一个纹理图像。从多个角度拍摄生成该图像。相比于3D或2D方法,使用多个全帧纹理图像的优点在于图像之间能更好的配准,因为在联合生成过程中3D点和2D纹理重叠了。计算每一幅图像的个体位置和旋转方向并绘制到公共坐标系上,并对其优化。所提出的方法结合集束调整共同优化了多幅图像的生成。因为缺乏不同的相机参数之间的相互作用,利用了稀疏三维模型。文中给出3D模型的例子并对其数值精度进行了分析。
 
  20、美国海军研究生院的Angela M. Kim等人发表题为《比较模拟全波形激光雷达与Riegl VZ-400的地面激光扫描》文章。
  激光雷达传播的3D蒙特卡洛光线跟踪模型模拟了激光能量与物质的反射、透射和吸收相互作用。在这份报告中,模型场景是由高保真树的体素模型VoxLAD通过使用从Riegl VZ-400地面激光扫描仪的高空间分辨率的点云数据产生的单个维多利亚时代的黄杨木(七里香)组成。该VoxLAD模型使用地面激光雷达扫描数据,来确定一个单一树冠的小体积的体素(20厘米高的侧边)的叶面积密度(LAD)测量。 VoxLAD还用于以非传统的方式在这种情况下产生木材密度的体素模型。VoxLAD模型的信息在激光雷达仿真中被使用,以确定激光雷达能量与在给定体素位置的材料相互作用的概率。该激光雷达模拟被定义为复制Riegl VZ-400的扫描装置,所产生的模拟全波形激光雷达信号可以媲美使用Riegl VZ-400地面激光扫描仪获得的信号。
 
  21、瑞典FOI国防研究署的Michael Tulldahl等人发表题为《小型无人机载激光雷达的功能与应用》文章。
  研究的目的是介绍和评价从无人驾驶飞机获取高分辨率三维数据的好处和能力,特别是在现有的方法(被动成像,三维照片)具有有限能力的条件下。一些应用实例是探测
  被下遮蔽的物体、变化检测、黑暗或阴影环境下的探测和感兴趣区域的即时几何资料。应用举例如从作者的小型无人机测试平台3DUAV获取的实验数据,此测试平台集成了一台旋转激光扫描仪,并用一个地面激光扫描仪采集地面实况数据。作者将激光雷达数据与惯性导航系统(INS)的数据结合起来处理以产生高精确度点云。 INS和激光雷达数据的结合是通过动态校准过程实现的,动态校准过程用于补偿基于低成本、轻重量的MEMS(微机电系统)的INS引入的导航误差。该系统允许对整个数据采集处理应用程序链的研究,并兼作进一步发展的平台。作者从有关系统方面如调查时间、分辨率和目标探测能力来评估这项应用。作者的研究结果表明,在合理调查时间内一些目标检测/分类场景是可行的,如从几分钟(汽车,人,以及较大的对象)至约30分钟检测和识别可能更小的目标。
 
  22、美国海军研究生院的Angela M. Kim等人发表题为《光探测和测距(LIDAR)和高光谱图像(HSI)数据的综合分析》文章。
  激光雷达和高光谱数据提供有关场景内容的丰富和补充信息。在这项工作中,作者研究数据融合的方法,目的在于最大限度地减少由于点云栅格化和空间光谱重采样引起的信息丢失。研究和比较了两种方法:1)点云方法,计算光谱指数如归一化微分植被指数(NDVI)和高光谱图像的主成分,作为落到像素的空间范围内的每个激光雷达点的附加属性,一种受监管的的机器学习方法被用来将所得融合点云分类;2) 基于栅格的方法,创建激光雷达栅格产品(数字高程模型,DSMs,坡度,高度,坡向等),附加到高光谱图像多维数据集中,然后用传统的光谱分类技术分类融合图像多维数据。文中对两种方法在分类准确性方面进行了比较。 2012-2014年期间收集的NPS校园的激光雷达数据和相关正射影像,2011年期间收集的高光谱机载可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)数据被用于这项工作。

    23、美国科学应用国际公司的Chad I. Miller等人发表题为《将图像分类技术应用到多光谱激光雷达点云数据》文章。
  分析从Optech Titan获取的数据用来确定地形分类,并将光谱数据成分加入到激光雷达点云分析中。最近邻居分类技术被用来从三个信道创建合并点云。合并后的点云使用频谱分析技术进行分析,允许使用色彩,衍生光谱产品(伪NDVI),以及激光雷达的功能,如高度值和返回光子数量。标准的光谱图像分类技术被用于训练分类器,并已用最大似然监管分类完成分析。地形分类结果显示总精度有10%的提高,相比基于栅格的方法kappa系数增加0.07。
 
  24、中国浙江大学的Zhongtao Cheng等人发表题为《视场拓宽的迈克尔逊干涉仪系统作为高光谱分辨率激光雷达的光谱滤光器》文章。
  作者提出并开发了视场拓宽的迈克尔逊干涉仪(FWMI)系统,来充当高光谱分辨率激光雷达(HSRL)应用的一种新型光谱滤光器。由于视场加宽特征,FWMI可以允许相对较大的离轴入射角,并且可以设计到任何所需的波长。本文介绍了FWMI的理论基础,并描述了开发的干涉仪原型机。每条干涉臂包括一个长37.876mm的由H-ZF52玻璃制成的固体臂,和20.382mm长的空气间隙。这两条干涉臂被连接到立方体分束器上,以构成一个迈克耳逊干涉仪。由于两个臂匹配的尺寸和折射率,实验测试结果表明,当入射角为多达1.5度(半角度)时,该FWMI的OPD变化为约0.04λ,RMS小于0.008λ。由FWMI引起的累积波前畸变小于0.1λPV值和0.02λRMS值。为了将FWMI的滤波频率锁定到激光发射器频率,建立了一个频率锁定系统,它实际上是一个电光反馈回路。文中对该频率锁定系统的装置和原理也进行了详细说明。通过频率锁定技术证明了约27MHz的FWMI良好锁定精度。所有这些结果验证了开发的FWMI系统作为HSRL的光谱滤光器的可行性。
 
  25、中国浙江大学的Dong Liu等人发表题为《基于视场拓宽迈克尔逊干涉仪的极化高光谱分辨率激光雷达》文章。
  中国的浙江大学开发了基于视场拓宽的迈克尔逊干涉仪(FWMI)的极化高光谱分辨率激光雷达(HSRL),其目的是用来同时测绘各种大气气溶胶光学特性,如后向散射系数,消光系数,去极化率,激光雷达比等。与传统的法布里-珀罗干涉仪(FPI)滤光器相比,由于FWMI光谱滤光器放大的视场(FOV),作者可以扩大HSRL系统可接受的角度到约1度,但无任何光谱鉴别的退化,极大的提高了光子效率。在本文中,作者全面介绍了开发的基于FWMI的极化HSRL系统。第一次给出该仪器的配置参数和整体系统结构,然后,特别介绍作为HSRL的核心设备的FWMI子系统,也将详细地讨论仪器校准和数据获取方法。据作者所知,HSRL系统是中国第一个采用FWMI光谱滤光器的新一代激光雷达,相信随着不久的将来逐步完善的工程设计,它将显示出巨大的潜力。
 
  26、美国北卡罗莱纳州立大学的Hans D. Hallen等人发表题为《拉曼激光雷达测量中大气吸收随深紫外光(预)共振的变化》文章。
  目前,对若干液体和固体材料的拉曼散射的邻近深紫外线吸收特征进行了研究,对应于化学物质的电子能态。它被发现提供能显著增强,但总是伴随着因为沿此路径的该种或其它物质带来的吸收。作者研究对于水蒸气的这种折衷,虽然液体水和冰的结果在定量上是非常相似的。用Nd:YAG激光器的三次谐波来泵浦光学参量振荡器(OPO),将输出频率倍频来生成波长在215-600 nm范围内的可调谐激发光束。作者用此可调谐激光激发光束来研究冰的吸收带附近的预共振和共振拉曼光谱。能观察到拉曼信号显著增强。描述光谱预共振增强的拉曼散射张量的A项,被用来发现主观测强度作为入射光束能量的函数,虽然也发现了与接近冰的最终状态效应相关的吸收的宽共振结构。结果表明,使用预共振或共振拉曼激光雷达可能增加灵敏度,以改善大气中的水蒸气测量的空间和时间分辨率。然而,这些更短的波长还显示出更高的臭氧吸收。这些相反的效应使用MODTRAN对边界层水和云附近的研究相关的几种配置进行了模拟。这样的数据可以在水-空气和云-空气界面的能量流测量的研究中使用,并且可以对理解当前全球气候模型中的一些主要的不确定性有帮助。
 
  27、美国康涅狄格大学的Xiang Zhang等人发表题为《宽带芯片上中红外超连续谱产生》文章。
  轴向不均匀的锥形As2S3 平面波导被设计用于中红外超连续谱产生。色散轮廓沿着传输距离变化。计算结果表明,该方案显著拓宽了生成的连续谱,从大约1微米延伸到约7微米。
 
  28、中国浙江大学的Zhongtao Cheng等人发表题为《从频谱鉴别的角度全方位看待高光谱分辨率激光雷达技术》文章。
  如普遍已知的,高光谱分辨率激光雷达技术(HSRL)采用窄带光谱滤光器,将弹性后向散射的气溶胶信号从热多普勒展宽的分子后向散射信号中分离出来。本文从频谱鉴别的角度对HSRL技术进行崭新的、全面的介绍,而不具体分析特定的光谱鉴别滤光器。基于具有三个通道配置的一般HSRL布局,介绍了提取误差估计的理论模型。在这个模型中,作者只考虑了与光谱鉴别参数相关的误差源,并忽略不与这些关注参数相关的其它误差源,随后用蒙特卡罗(MC)模拟验证了这个理论模型。此模型和MC的模拟表明,大的分子透射率和大的光谱鉴别比(SDR,即分子透射率比气溶胶透射率)是有益的,可以减少提取误差。此外,作者发现激光雷达系统的SDR和信噪比(SNR)往往需要折衷,于是作者建议为了较高的分子透射率(因而较高的信噪比),考虑一个合适的SDR,而不是在设计光谱鉴别滤光器时使用不必要的高SDR。这种观点从实质上解释了HSRL系统中的窄带光谱滤光器的功能,并为HSRL研究组提供光谱鉴别器的合理设计的一般准则。
 
  29、中国浙江大学的Dong Liu等人发表题为《用于海洋生态系统研究的高光谱分辨率激光雷达》文章。
  对海洋生态系统的研究和保护是维护海洋地位和发展海洋功能的关键工作。然而,人类对海洋的知识是很有限的。现在,在原位,声学和遥感方法已经被用来进行了解和探索海洋的研究。尤其,激光雷达因其高空间和时间分辨率以及垂直检测的能力,成为一种卓越的遥感方法。高光谱分辨率激光雷达(HSRL)采用了超窄光谱滤光器来区分粒子和水分子的散射信号,而无需假定激光雷达比率,来获得具有高精确度的海洋光学性质。尽管如此,海水的复杂性导致变化的海洋光学性质,这使得研发一台工作在不同波长的HSRL有巨大的潜力,以提升反演的精度,提高检测的深度。视场加宽迈克尔逊干涉仪(FWMI),其中心透射率能够被调谐到任何波长,而且视场是大的,可被用作HSRL光谱滤光器,以解决碘滤波器的工作波长固定和法布里-珀罗干涉仪的视场太小的问题。此外,对FWMI应用的可用性受布里渊散射状态的干扰的影响进行了分析,初步理论表明基于FWMI的HSRL仪器可以以高精度被用在海洋遥感领域。
 
  30、美国宇航局 戈达德太空飞行中心的Paul R. Stysley等人发表题为《用于NASA全球生态系统动态调查(GEDI)激光雷达的激光研制》文章。
  戈达德太空飞行中心的激光与光电学科一直负责建造用于全球生态系统动力学研究(GEDI)激光雷达任务的激光器,将要安装在在国际空间站(ISS)1的日本实验舱(JEM)内。GEDI将使用三个NASA开发的激光器,每个激光器再加上光束抖动单元(BDU),在地球表面上产生三组交错足迹来精确测量全球的生物质能。作者将报告这一激光系统的设计、装配进度、测试结果和交付过程。
 
  威婷编译自:http://spie.org/Publications/Proceedings/Volume/9832

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