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1、第卷第期年月中国激光,转镜扫描的非线性研究罗必凯倪晓武陆建 贺 安之南京理工大学应用物理系,南京提要从光学基本原理出发,得到了四面柱体转镜扫描的非线性解析解,并进行了数值计算,从而给出了四面柱体转镜扫描的非线性曲线。在理论分析的基础上,设计了一种单片双面镜二维扫描系统。利用该系统能有效地克服多面柱体转镜一摆镜二维扫描系统的非线性特性,给后续的计算机实时图像处理工作带来了方便。关键词三维激光成像雷达,激光二维扫描,扫描非线性引言三维激光成像雷达因其具有较高分辨率和优异的抗 电子干扰性能,因而在目标跟踪与识别领域得到广泛应用,一口。在激光成像雷达的二维扫描机构设计时,常采用转镜一摆镜系统巨,其中的
2、转镜又多用多面柱体。激光束在多面柱体的表面反射,从而达到探测的目的。但是,多面柱体用于扫描时不可避免地存在非线性现象,因而影响探测精度和 目标定位。本文从光学基本原理 出发,以四面柱体为例进行了分析和计算,得到了四面柱体转镜扫描的非线性解析解,并进行了数值计算,从而给出了四面柱体转镜扫描的非线性曲线。在理论分析的基础上,设计了一种单片双面镜二维扫描系统。利用该系统能有效地克服多面柱体转镜摆镜系统的非线性特性,给后续的计算机实时图像处理工作带来了方便。四面柱体转镜扫描的非线性现象分析现有 的转镜一摆镜系统在工作时,光束入射在转镜镜面上的位置是不断变化的,而且反射光线的延长线不可能都通过转轴。因此
3、,该结构 的行扫描必然是非线性的若入射到摆镜上 的行扫描线不 能通过摆轴,则帧扫描也是非线性的。下面以 四面柱体为例,利用该柱体的外接圆来定量分析这一非线性特性。将四面柱体的某一表面置于坐标系中,收稿日期年月日收到修改稿日期年月日。中国激光卷如图所示。当光线平行于轴入射在四面柱体的平面上点处时,入射角。一乙“。在时刻。时,入射光线在面的点处反射到时刻时,刀面旋转角至,因而反射点移至尸,即四面柱体旋转了。角就将导致反光点在空间移动了尸距离,对应在面上平移了尸的距离。为求尸和尸的表达式,不妨延长,从而与相交于点 再从点作尸的垂线和四面柱体的外接圆,并设该外接圆半径为,则有一一尹”一,一、由图亦可见
4、乙一。,固有少,一再根据图可知匕尸一”夕和艺尸一尸一艺一。,则有,尸万贸匕望,一少夕一夕,故有万尸万万万尸万口望尸艺尸刃少、一口,对和式进行数值计算,可以得到反光点在空间的移动距离尸和在面上的平移距离尸与转角。的关系曲线,如图所示。同理,可得面在。一,至。时间即面由图中的旧“位置到位置内,反光点在空间的移动距离和在面上的平移距离与转角。的关系 曲线如 图所示,对应的解析解表达式分别为一一,”、一一一,对 对了尸对齐 解“对,尸对。,声产声丫了尸夕于才夕夕乃了卜尸芬,尹丫一一才尹月吐,综合图和图可以得到转镜由图中的位置到位置间,反光点在面上的平移距离,与转角。的关系曲线,如图所示。对应的解析解表达式为尸一子“一一一茨瓦丈诬亏万干万下注意到以上讨论的基础是四面体的外接圆,而与多面柱体的面数无关。因而,式可用中国激光卷。贺安之,参,乃考文献,罗必凯,苗鹏程,阎大鹏光学学报,俨,曰肠脚此助州滋户玩威,、几刀刁勿男,入九户,一一一,一一,一,一,
