光电技术研究

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光电技术研究范文第1篇

本文描述了当前在光电跟踪系统中普遍使用的几种电视镜头的控制方法，通过对这几种控制方法的分析研究，提出了几种改良的电视镜头控制技术，将能更好适用于当前的光电跟踪系统。

【关键词】变焦方式 自动调光方式 自动聚焦方式 Sobel算子 清晰度评价函数

随着现代军事技术的发展，越来越重视武器系统的反应速度和打击精度，及早地发现、跟踪、捕获和锁定目标，才能有效的保护自己和打击对方。电视镜头作为光电跟踪系统中的前视部分，通过高分辨率的CCD摄取大量的图像信息，为光电系统从复杂的二维景物中提取目标的特征信息，实现目标的快速识别、捕获和远距离连续稳定跟踪，而成为光电武器系统中不可或缺的一部分。电视镜头的具体控制如图1所示。

1 变焦方式的研究

光电跟踪系统中为了提高作用距离，普遍使用连续变焦距镜头。连续变焦距镜头有四组透镜组成，前组（聚焦组）、变倍组、补偿组和后固定组。在整个变焦过程中前组微调，后固定组保持不变，变倍组和补偿组之间按一定的规律做直线运动，来改变整个变焦距镜头的总焦距值。一般有一下几种方法。

1.1 传统的变焦方式

传统的变焦方式一般有精确位移法，手动连续变焦法，自动变焦法等。精确位移法是计算出变焦距镜头各运动镜组的线性或非线性精确位移与焦距值的对应关系，利用步进电机的精确控制来实现视场的变化，同时输出焦距值。手动连续变焦法是利用上位机向电视镜头发送变焦距命令，实现对镜头的开环控制。自动变焦法是根据目标成像大小，自动计算出焦距调节参数，使焦距自动向长焦或短焦方向移动，以使目标成像大小合适，便于对目标的跟踪和观察。

1.2 一种改良的变焦方法

对于光电跟踪系统，提取目标精确的脱靶量信息，实现整个系统的的闭环控制是尤为重要的。而电视镜头准确送出当前视场的焦距值，将是整个计算的核心。由于镜片补偿组的运动是非线性的，越到长焦位置焦距输出误差越大。所以为了保证输出焦距的精度，需从两个方面改良，①变焦速度；②输出焦距。本段提出基于视频场信号的一种变速变焦方式和Matlab仿真整个焦距曲线并二次修正的方法来实现高精度焦距值输出。具体变速变焦流程图如图2和Matlab仿真焦距变化曲线如图3所示。

Matlab仿真焦距变化曲线二次修正，是采用线性度较高的电位器实时反馈凸轮的移动位置。利用测角仪找出部分焦距与阻值的对应关系，再用Matlab仿真出整个焦距与阻值的二次曲线，再从表中选出部分点，再次用测角仪测出当前视场与仿真结果比较，对焦距曲线进行二次修正，一般输出精度较高。

2 自动调光方式的研究

光电跟踪系统中为了提高分辨率，一般都采用高灵敏度的CCD摄像机和F数较小的大口径电视镜头，但当目标和背景发生比较大的变化时，图像特别容易饱和或偏暗，因此有一个好的调光系统是保证光电跟踪系统正常工作的必要条件。连续变焦距镜头的自动调光实际就是改变镜头的通光口径和CCD的曝光时间，改变视频输出的幅值，提高目标与背景的对比度。

2.1 传统的自动调光方式

传统的自动调光方式一般有基于灰度和基于视频电压比较两种。基于灰度一般是不断统计每一场的平均灰度值，并与所设的灰度值进行比较，一旦出现差值超过一定范围则启动电机或电子快门向减少灰度差值的方向运动，实时修正。电压比较法是提取视频图像的峰值并与基准电压进行比较得到控制量，从而控制电机改变通光量和曝光时间。

2.2 基于波门选通的平均灰度和峰值灰度加权的自动调光方式

采用平均灰度和电压比较法的调光系统适应性较差，再加上大多数CCD摄像机本场曝光隔场响应的特点，很容易造成电机过冲和电子快门超调。但采用波门选通的平均灰度和峰值灰度加权的办法，增加感兴趣区域的权重，降低不感兴趣区域的权重，来获取反馈信号，并同时采用二次函数来计算反馈量，利用PWM驱动电机，将能很好的提高调光的响应速度，减少超调。平均灰度和峰值灰度加权的计算公式为：

Uc=a×UA+（1-a）×UT （1）

式中Uc为加权后的灰度，a为加权系数（0～1），UA为平均灰度，UT为峰值灰度，峰值灰度是指一定区域内像素灰度的最大值。波门选通是指跟踪器送出当前的目标位置信息，光控板根据目标信息位置通过MAX4311类选通芯片选定适当的区域作为灰度统计区域，这样能较好的突出目标和背景的对比度。

3 聚焦方式的研究

在光学系统中，镜头对一定距离的目标成像有一个最佳像面位置，这个位置通常满足物像共轭关系，称为聚焦；偏离了这个位置，将导致系统离焦，造成图像质量下降、成像模糊。光学系统的相对孔径越大、焦距越大，景深就越小，离焦可能就越大。常见的聚焦方法可根据其判别准则来源于物方还是像方，而分为主动法和被动法，主动法是指各种方式的物距检测；被动法则是像质评价。

3.1 传统的自动聚焦方法

主动法是采用红外测距或超声波测距等方法，一般在民用领用较为广泛。被动法一般是基于图像处理，它是通过某种评价图像清晰度的函数进行对图像处理，从获取的图像中提取有关清晰度的评价值，并根据这一特征值控制电机，调整前组镜片，直到这一特征值满足某一预先设定的条件为止。目前应用于自动聚焦系统的算法大致有下面的几种方式：边缘检测法，图像标准差法，基于Sobel梯度算子的熵函数法，拉普拉斯像能函数法，图像梯度差分绝对值法等。而所有的方法都是基于选取一个合适的图像清晰度评价函数。目前在聚焦方式上只有“爬山式”和全程聚焦式，但这两种聚焦方式所需的时间都很长，不适合在光电跟踪系统中应用。

3.2 一种改良的自动聚焦方法

在军用光电跟踪系统中一般都可根据激光测距信息或雷达信息而得到当前物距，因此可利用主动法进行粗调和被动法进行微调将能较好的实现快速自动聚焦。当已知当前物距时，由于目标的运动方向要么远，要么近，则可以通过传统的理想光学系统的成像公式见图4，精确计算出当前镜头的离焦量，通过步进电机来控制前组镜片（聚焦组）的位移量，而当步进电机的控制与距离信息实时相关时，步进电机将向固定方向移动，保持图像一直清晰将，实现粗调。基于Sobel算子和中值滤波的边缘检测法利用阈值化和极大值点方式，细化了边缘和减小了锐化噪声的影响，通过调整阈值大小，使评价函数具有良好的尖锐性，更能适应自动聚焦实时性的要求来实现微调。下面公式2为基于Sobel算子的边缘检测法的清晰度评价函数。

基于Sobel算子的边缘检测法的清晰度评价函数公式：

（2）

式中i为图像的行数，j为图像的列数；m为一行的像素数，n为一列的像素数。

4 结论

本文通过对现有的电视镜头变焦、调光、聚焦控制方法的分析，提出了一种适合于目前光电跟踪系统的电视镜头控制的改良方法，此方法将能很好的提高光电跟踪系统电视的作用距离以及更有利于电视跟踪目标的提取。

参考文献

[1]邹华，张孟伟.基于步进电机实现连续变焦距光学镜头的控制[J].光电工程，2003（2）.

[2]苏宏武，杨晓军等.基于平均和峰值灰度加权的自动调光系统[J].光子学报，2006（1）.

[3]行长印.基于图像信息的自动视频调光调焦[D].长春理工大学，2008（3）.

作者单位

光电技术研究范文第2篇

【关键词】电子技术;声光控制;照明电路;设计研究

随着社会经济的不断发展，人们对于环保概念中的节能减排理念逐渐加深了认同感，提倡节约资源，避免不必要的浪费，促进可持续发展[1]。而在我们生活中，对于电能使用方面的节约就成了当前电路设计研究的重点。小区、工厂等场所，在过去都是要提供整晚的照明，极大的造成了浪费。而手持照明设备虽然可以降低一定的照明灯使用，但是却极其不方便。基于电子技术的不断发展进步，一种新型声光控制照明电路已经逐渐被研发使用，真正的为我国的可持续发展建设做出了极大的贡献。

一、基于电子技术的声光控制照明电路设计研究的意义

我国传统公共照明灯，要么为了方便人们夜晚活动彻夜不关，要么就是采用手动开关的设计方式。前者会造成严重的电能资源浪费，后者则给夜视能力欠佳的人造成了极大的困扰[2]。因此，声控照明灯首先应运而生。相对于前面两种情况来说，声控照明灯的使用，的确在一定程度上解决了人们的使用困扰，但是，声控灯无法避免白天不受声音的影响，还是会存在一定的资源浪费现象。接着，人们为了解决声控灯的不便，又研发出了定时开关总电源，虽然解决了节能需求，但是又加大了管理方面的负担。而声光控制照明电路，顾名思义，就是从声源以及光源两方面对电路进行双重控制，极好的满足了人们对于夜晚照明设备兼具照明使用及节能减排功能的需求。

二、基于电子技术的声光控制照明电路设计研究的具体方案

声光控制照明电路设计的总原理，就是以光信号作为电路发光的基础条件，然后用声信号来完成对照明设备的发光控制。具体来说，就是通过声电转换装置，能够把电路接收到的声信号转变成为频率不一且相对薄弱的电信号，再经过处理电路以及放大电路的加工，形成控制整个电路的控制信号[3]。如果这一过程中电路接收到的光信号强度达到预定的恒定状态，那么该部分控制开关就会打开，否则，开关就会关闭。具体各电路的设计介绍如下：

2.1电源电路设计

电源电路设计，选用了稳压二极管作为降压装置。稳压直流输出后，先后经过降压电容器（C1）、全桥整流器（QD）、滤波电容（C2）后，最后通过稳压二极管（DW）完成稳压，最终得到能够满足照明电路需要的稳定电压。这一部分的设计的主要原则，就是要保证电路能够满足正常的声光控制电路工作，同时力求使整个电流电路的结构简单化。

2.2信号放大线路设计

对于信号放大线路的设计，主要包括拾音器以及放大器两部分。选择拾音装置时，要选取价格不贵，但内部压电陶瓷片具有较高灵敏度的。例如，电压蜂鸣器型号为HTD35A-1的这一装置，采集到声音后，经过压电陶瓷片形成微弱的电效应，经过直藕式音频放大器的作用，可以对这个电信号进行放大，再经过T3，产生倒向放大，进而触发电路中的单稳态电路。

2.3声光控制电路设计

声光控制电路设计，具体分为两种情况：首先，是强制复位状态。即光敏三极管在白天会接受到强烈的光照，受较大阻抗影响，单稳态触发器会输出低电平，形成强制复位状态，照明开关不会打开，照明设备就不会发亮。其次，夜晚正好相反，光敏三极管能够感受到的光照较弱，受阻抗值较小的影响，单稳态触发器就会输出高电平，而此时如果拾音器也接收到一定的声信号，通过对声信号进行加工，产生了极大的电流，触发单稳态触发器，使得可控硅被触发倒通，照明设备就会持续一段时间的发光。一般这一电路设计要求照明持续保持120S，可以考虑选用型号3DK2的三极管，以及0.01μ的最小电容。

2.4光电传感器电路设计

最后，对于光电传感器电路的设计，主要就是满足电路照明的需求。在这一设计环节中，主要注重选择一些合适的贴近实际使用需求的材料，确保照明设备能够正常使用即可。例如，选用型号为3DU5的光敏三极管，其工作电压的正常范围在6V——8V间，光谱响应范围也刚好符合实际需求。

三、结语

综上所述，基于电子技术研发的声光控制照明电路的使用，在节省电能及人力方面，都具有极好的效果，大大方便了人们的夜间生活。且操作模式的自动化设计理念，正是当前时展的重要标志，同时也符合人们高效利用信息科学技术，满足日常生活需求的理念，是一项性价比极高的设计研究成果。

参考文献

[1]张英争,陈鹏.基于电子技术的声光控制照明电路设计研究[J].电子测试,2016,(20):26-27.

[2]王飞.基于DALI协议的LED智能照明系统关键技术研究[D].广东工业大学,2013.

光电技术研究范文第3篇

关键词：太阳能；光伏发电系统；蓄电池组；逆变器

1 前言

传统的煤炭、石油等一次能源是不可再生的，终归要走向枯竭。提高能源利用效率、开发新能源、加强可持续能源的利用，是解决经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。太阳能是所有可再生能源类型中以其资源储存量高、占用土地资源少、分布广泛等优势成为一致公认的最具开发潜力的新能源，而光伏发电更是因为其污染几乎为零及能源转换环节少的特征成为太阳能利用中最为广泛应用的一种方式，并成为各国普遍重视的一种新能源利用方式。从我国国家发展战略来看， 大力开发太阳能资源是能够保证我国能源供给、实现节能减排、促进产业结构调整及发展新兴战略性行业最终实现可持续发展的重要条件。

2 光伏发电基本原理

太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种发电系统。太阳能半导体晶片上部为N型半导体，下部为P型半导体，当P型半导体和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。光是由光子组成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定，光被晶体硅吸收后，在PN结中产生成对正负电荷，PN结区域的正负电荷被分离，形成外电流场。如果将一个负载连接在太阳能电池的上下两表面间，负载将有电流流过。太阳能半导体晶片通过有序的组合形成太阳能电池组件，若干太阳能电池组件构成太阳能电池方阵。

3 光伏发电系统构成

光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组件、控制器、蓄电池、逆变器等组成

3.1 太阳能光伏电池组件

太阳能光伏电池组件由太阳能电池片经串并组合，并用高强度、高透光、性能强的太阳能专用钢化玻璃及高性能、耐紫外线辐射的专用密封材料层压而成，形成不同规格的电池板，即太阳能光伏发电系统的基础和核心器件。目前工程上采用的光伏电池主要有：单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池三种。

3.2 控制器

控制器的作用是使太阳能电池和蓄电池高效、安全、可靠地工作，以获得最高效率并延长蓄电池的使用寿命。控制器对蓄电池的充、放电进行控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载的输出电能。

控制器是整个光伏发电系统的核心部分，通过控制器对蓄电池充放电条件加以限制，防止蓄电池反充电、过充电及过放电。另外，控制器还应具有电路短路保护、反接保护、雷电保护及温度补偿等功能。

3.3 蓄电池

蓄电池组是太阳能光伏发电系统中的储能装置，由它将太阳能电池方阵从太阳辐射能转换来的直流电转换为化学能储存起来，以供负载应用。由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池才能使负载正常工作。

蓄电池容量应在满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量的存储下来，并能存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。但若容量过大，使蓄电池处在亏电状态，将影响蓄电池寿命，造成浪费。

3.4 逆变器

逆变器可分为自激式振荡逆变和他激式震荡逆变，按照波形可以分为方波逆变器和正弦波逆变器。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电，经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率、额定电压等匹配的正弦波交流电源，供系统终端用户使用。逆变器具有电路短路保护、欠压保护、过流保护、反接保护及雷电保护等功能。

4 光伏发电系统设计

光伏发电系统总的设计原则是在保证满足负载用电需要的前提下，确定最少的太阳能电池组件和蓄电池容量，以尽量减少投资，即同时考虑可靠性及经济性。系统设计总体考虑主要是通过技术经济分析合理地确定满足要求的太阳能电池组成件数量和蓄电池容量，包括安全性、可靠性方面的要求。

在进行光伏系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：光伏系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。

4.1 蓄电池容量计算

设计蓄电池容量的基本公式见下：

Bc=A×Ql×Nl×To/Cc

式中：Bc―蓄电池容量（Ah）；

A―安全系数，取1.1～1.4之间；

Ql―负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数（Ah）；

Nl―最长连续阴雨天数；

To―温度修正系数，一般在0℃以上取1，-10℃以上取1.1，-10℃以下取1.2；

Cc―蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75，碱性镍镉蓄电池取0.85。

4.2 太阳能电池方阵设计

1）太阳能电池组件串联数Ns的基本公式见下：

Ns=UR/Uoc=（UF+UD+Uc）/Uoc

式中：UR―太阳能电池方阵输出最小电压（V）；

Uoc―太阳能电池组件的最佳工作电压（V）；

UF―蓄电池浮充电压（V）；

UD―二极管压降，一般取0.7V；

UOC―其它因数引起的压降。

2）太阳能电池组件并联数Np的基本公式见下：

Np=（Bcb+Nw×Ql）/（Qp×Nw）

式中：Bcb―需补充的蓄电池容量（Ah）；

Nw―两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数；

Qp―太阳能电池组件日发电量（Ah）。

3）太阳能电池方阵功率的基本公式见下：

根据太阳能电池组件的串并联数，即可得出所需太阳能电池方阵的功率P：

P=Po×Ns×Np

式中：Po―太阳能电池组件的额定功率（W）。

4.3 最大功率点跟踪（MPPT）

目前光伏电源能源利用率较低、供电稳定性与可靠性也不高。光伏系统的最大功率点跟踪方法可以最大限度地利用光伏电池所产生的直流电能，通过实时检测光伏阵列的输出功率和一定的控制算法预测当前工况下阵列可能的最大功率输出，从而改变当前的阻抗情况来满足最大功率输出的要求。这样即使太阳能电池的结温升高使得阵列的输出功率减少，系统仍然可以运行在当前工况下的最佳状态。常用的MPPT实现方法有：定电压跟踪法、功率反馈法、扰动观测法、导纳增量法、实际测量法。

4.4 孤岛效应

由于光伏并网发电系统直接将太阳能逆变后输送到电网，所以需要各种完善的保护措施。除了通常的电流、电压和频率监测保护外，还需要考虑一种特殊的故障状态，即孤岛状态。所谓孤岛，电网由于电气故障、人为或自然等原因中断供电时，光伏并网系统未能及时检测出停电状态并脱离电网，使该系统和周围的负载组成一个不受电力公司掌控的自给供电孤岛的情况。一般采用具有反孤岛功能的并网逆变器，当向孤岛负载中的任一种供电时，能够在10个电网周期内检测出孤岛状态并停止供电。

5 结束语

近年来，随着国内能源消耗量的日渐攀升，国内能源供应日趋紧张，成本持续创新高。与此同时，太阳能光伏技术不断得到创新和发展，非晶硅薄膜太阳能电池的生产成本逐渐降低，生产技术已日趋成熟。专家预测，我国城乡建设和太阳能光伏发电的有效结合，并切实实施光伏并网发电，将逐步优化我国的传统能源结构，对于解决因传统能源使用而造成的环境问题、改善生态环境、解决能源供应紧张和实现人类健康和可持续发展等具有重要意义。

参考文献：

[1]王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]周志敏，纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与实用实例[M].北京：电子工业出版社，2010.

光电技术研究范文第4篇

关键词：机载 LIDAR 点云 数据 DSM

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0001-02

1 LIDAR数据处理概述

1.1 LIDAR数据的特点

从严格意义上讲，航空激光雷达系统获取的数据包括位置、方位/角度、距离、时间、强度等飞行过程中得到的各种信息。而实际应用中，人们接触和使用的是与具体时间及发射信号波长一一对应的点坐标及对应的强度等。作为一种非成像技术，航空激光雷达数据在内容、形式等方面具有很多自身的特点。

（1）从内容上讲，航空激光雷达数据是分布于对象表面的一系列三维点坐标。值得注意的是，多次回波数据得到的点坐标可能对应着不同的表面，首、末次信号分别对应树冠和地面，这种特性在某些场合可以发挥重要作用。例如，在相邻扫描带上植被或其它具有不规则形状的物体可能会具有不同的高度，若用它们进行匹配可能会产生粗差，使用末次回波信号就可以避免匹配过程中不可预测的粗差问题。与记录反射/发射能量的强度数据相比，航空激光雷达数据在提取空间信息上更加便捷。 （2）激光雷达数据在形式上呈离散分布。这里“离散”是指数据点的位置、间隔等在三维空间中的不规则分布，即数据分布无规律性。（3）数据形式的另一个特点是扫描带中数据分布不均匀――不同位置的点云密度不同，造成这种情况的主要原因是激光扫描仪所采用的扫描方式。激光扫描仪所采用的扫描方式有圆锥扫描，线扫描和光纤扫描。不考虑地形起伏的影响，在圆锥扫描方式中，扫描带两侧数据密度大，中间部分稀；线扫描方式的情况类似；在光纤扫描方式中，扫描线方向上的数据密度大于垂直扫描线方向上的。其他原因还包括飞行速度、扫描仪与地形/地物的相对位置/方向及航高等。例如，对建筑物的倾斜屋顶而言，朝向扫描仪方向的屋顶会比背向扫描仪方向的屋顶反射更多的信号，在数据密度较大时两个屋顶平面上数据密度就会表现出差异。（4）尽管目标点的三维坐标是航空激光雷达的主要数据形式，但其数据类型并不局限于此。强度信号是另一个有用的信息源，它反映了地表物体对激光信号的响应。由于一些技术上的原因，还没有得到多少实际应用。目前有用强度信号作为树种分类的依据事例。

1.2 LIDAR数据处理

LIDAR数据处理包括原始数据预处理和点云数据后处理两个阶段。原始数据预处理阶段主要包括滤除雷达噪声，对记录的原始信号、时间参数、距离参数、GPS和INS数据进行归化处理、坐标变换，以得到地面目标的三维（x，y，z）点云坐标数据。坐标的格式可以根据用户的要求定义，即可以得到不同的数据格式文件。点云数据后处理就是对得到的地面目标的三维点云坐标数据进行分离处理。具体地说，由于激光雷达点云数据分布在不同的目标上（如图1所示），后处理就是将落在地形表面上的点（即所谓的地面点）与那些非地形表面上的点（譬如图1中落在汽车上、树木或植被上以及落在房屋上的点）进行有效而准确的分离。只有高精度及准确而可靠地分离不同信息后，才可能有效地将这些数据用于不同的目的，例如：得到DEM数据、测量树的高度、获取城市的三维模型等。对三维点云坐标数据进行有效的后处理是激光遥感系统最主要的组成部分。

尽管LIDAR技术在获取地面点三维坐标方面具有效率高、全覆盖、三维测量等优良的技术特性，但是其数据量的庞大、复杂、无规律等特点始终困扰着后期的数据处理。离散LIDAR点云数据后处理中碰到的第一个问题就是如何存储和快速检索这些庞大的离散数据。如果没有一个合适的存储结构和一个恰当的检索方法，就会影响后续数据处理的速度和效率。一个好的存储检索方案可以大大化简算法难度，极大的方便后续数据处理的实现，从而使整体算法都得到改观，所以这一问题的解决具有十分重要的意义。在针对LIDAR数据的压缩简化技术还不成熟的情况下，一个好的存储检索方案对于整个数据后处理都至关重要。为了满足数据后处理的要求，存储检索方案应该同时具备以下特征：（1）高空间利用率，使数据处理的空间代价最小并保持数据无损。（2）检索快速方便，算法易于实现。（3）模块化强，自身发生变化时，对其它算法的影响最小化。

因此，LIDAR数据的存储检索研究就是要得到符合以上特征的算法方案，从而为后续的数据处理打下扎实的基础。在分析研究其它方法的基础上，该文提出了一种相对简单的规则地址格网检索（GAS-Grid Address Select）算法对离散LIDAR点云数据进行存储与检索。

2 LIDAR点云数据存储与检索

2.1 规则地址格网检索（GAS-Grid Address Select）算法思想

规则地址格网检索（GAS）算法的基本思想是：离散LIDAR点云数据按划分的规则格网进行有序的存储，数据检索的逻辑结构是规则地址格网，二者由地址映射函数对应起来。

按照GAS算法的思想，预处理所要执行的操作有：从原始数据文件中提取本文需要的数据，即（X，Y，Z）三维坐标，并顺序规则化离散点。此外，为了后续的操作方便还要确定文件的格式和向其中加入必要的元数据信息，即（X，Y，Z）三维坐标的最值。

之后就可以用它来定义数组为离散数据分配内存。

接下来，定义几个数据处理函数来完成预处理任务，主要包括以下几点。

（1）原始数据的读入函数。

将原始数据文件（ASCII码文本格式）中的数据读入计算机内存，存储在由RPoint结构体定义的数组中，并获得总点数（n）。

（2）数据处理函数。

数据处理函数由X坐标的排序函数、Y坐标的排序函数、在X坐标1m范围内对Y排序的处理函数和求Z坐标最值的函数组成，完成对离散数据进行“之”字形排序处理，并获取X、Y、Z坐标的最大和最小值，是离散数据预处理的关键部分。其中对X、Y坐标排序时用的是快速排序算法，求最值用的是比较法。

（3）处理后数据的输出函数。

该函数生成的文件内容包括离散点总个数（n）、离散点中X、Y、Z坐标的最大、最小值和离散点的X、Y、Z坐标数据，同时该函数还去除了原始数据中的冗余数据即X、Y、Z坐标完全相同的点和没有用到的反射强度值，以及可能的错误点等。通过以上预处理程序对原始数据进行处理后就生成一个ASCII码文本文件，文件的第一行为离散点总个数（n），第二行为X、Y、Z坐标的最大值，第三行为X、Y、Z坐标的最小值，接下来是顺序存储的离散点的X、Y、Z坐标数据，这些数据是按X坐标差小于1m间距“之”字形排列的。

2.2 规则地址格网（GIT-grid index table）的建立

规则地址格网建立的基本方法是：根据格网划分尺度将坐标区域划分成规则格网，对预处理后的数据进行地址映射得到其存放地址，记录落入每一个格网中的离散点个数和第一个离散点的存放地址。先定义一个存储三维坐标数据的结构体Point，将处理后的数据存储在此结构体中。然后用这个结构体定义一个二维数组来表示格网，形成格网的存储结构。之后确定格网的原点坐标，再通过数据的坐标值对格网进行处理（即将数据的地址装入对应的网格）这样规则地址格网就建立起来了。

2.3 基于规则地址格网的数据检索

规则地址格网建立起来之后，每个离散数据点就会落入对应的格网单元，就可以安全、准确、高效的实现离散LIDAR点云数据的快速检索。当进行内插或数据检索时，首先判断内插所在的格网单元，根据需要取出当前格网单元或邻域（如周围3×3格网）的全部数据，避免了内插过程中逐个数据的搜索，使得查找速度大大提高，特别是海量数据的处理。根据检索区域的形状不同，检索函数也千差万别，但其中最基本的是单个网格检索函数。就像点组成面一样，单个网格可组成任意形状的检索区域，所以其它形状的检索函数只需要对单个网格检索函数稍做修改或者多次调用单个网格检索函数就可获得。例如：将单个网格检索函数的主体部分加上确定矩形区域的循环就可转化为矩形检索函数，从而使得检索函数的设计变得十分容易。这些都充分体现了GAS算法在离散数据检索方面的特点。

3 规则格网重采样生成数字表面模型（DSM）

3.1 DSM逐点内插理论基础

基于不规则分布采样点的DSM建立实质上就是离散数据规则格网化的处理过程。通过不规则分布数据直接建立DSM通常采用逐点内插法。所谓逐点内插，是以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域范围内的采样点来计算内插点的高程值。其基本步骤如下。

（1）定义内插点的邻域范围；（2）确定落在邻域内的采样点；（3）选定内插数学模型；（4）通过邻域内的采样点和内插数学模型计算内插点的高程。

为实现上述步骤，逐点内插法需要解决以下几个问题。

（1）内插函数，逐点内插法的内插函数决定着DSM的精度、连续性、内插点邻域的最小采样点个数和内插计算效率。内插函数常常与采样点的分布有关，目前常用的适合于离散分布采样点的内插函数有曲面拟合、加权平均内插法等。（2）邻域大小和形状，在逐点内插中，邻域的作用是选择参加内插的采样点。逐点内插法的邻域大小、形状和位置随内插点的位置而变动。邻域确定一般用在离散分布采样点的DSM建立中，常用的邻域有圆形、方形等。（3）邻域内数据点的个数，邻域内数据点全部参加内插计算，用来进行内插计算的采样点不能太多也不能太少，太多影响计算精度（对内插计算的贡献程度太小）和处理效率，太少则不能满足内插函数的要求，邻域点的确定一般与具体的内插函数有关，通常认为4～10个点是比较合适的。邻域数据点的个数常常决定着邻域范围的大小。邻域内的点数也与采样点的分布密度有关。（4）采样点的权重，采样点的权重是指采样点对内插点的贡献程度，现今最常用的定权方法是按距离定权，即反距离权。逐点内插方法由于计算简单，应用比较灵活，内插效率较高，而成为目前生产中常采用的方法。

3.2 距离加权平均内插生成数字表面模型

在建立了规则地址格网检索算法的基础上，该文利用逐点内插法中的距离加权平均法来生成数字表面模型（DSM），具体步骤如下。

（1）确定内插点所在的格网单元。

由测区内所有激光采样点X、Y坐标的最大、最小值可以得到测区的范围，再依据采样间隔就可以计算出DSM格网的大小。

（2）规则地址格网检索邻域内的点。

利用距离加权平均法进行内插计算，需要选取与插值点距离最近的若干个点来参加计算。最简单的方法就是计算内插点与周围采样点的距离，然后从中选出与内插点距离最近的若干点。这种方法计算量大，影响到插值速度。为解决这一问题，可选用一定的邻域搜索区域，根据距离加权平均法内插数学模型对采样点数量的要求，不断调整搜索范围，直到满足要求为止。

（3）权值的计算。

由于地形的自相关性，较近的采样点对内插点的影响要大一些，因此常常用内插点和采样点之间的距离来刻画采样点对内插点的贡献程度，即距离越近，权值越大，反之越小。

（4）计算内插点的高程值。

定义了采样点的权，并获得了内插点邻域范围内的采样点，就可以利用距离加权平均法进行DSM内插。

4 灰度量化生成DSM深度影像

为了直观地表示出LIDAR数据的内容信息，将由离散LIDAR点云数据规则格网重采样生成的数字表面模型（DSM）按照高程进行灰度量化，得到同灰度图像一样的DSM深度影像。这就为后续的基于数字图像处理技术的DSM深度影像处理做好了准备。具体做法是：搜索DSM中所有的LIDAR数据点，得到高程最大值和最小值，对高程进行量化，得到每一点的像素灰度值；同时将DSM三维点坐标中的X、Y坐标转化为DSM深度影像的二维横、纵坐标、，一个坐标点对应一个像素点，就生成了同DSM格网大小相同的DSM深度影像。

（1）影像的灰度值和DSM中LIDAR数据的高程值成线性关系，高程值越高对应的像素灰度值就越高，反之，则越低。（2）在平坦城区，影像上地面部分的灰度值变化不大，且像素的灰度值低于建筑物部分。在影像的灰度直方图上，往往最高的波峰由地面部分LIDAR点的像素形成。（3）由于LIDAR光束在较高建筑物边缘常和墙面相切，导致建筑物边缘数据不准确，因此在灰度影像上建筑物边缘常呈锯齿状。DSM深度影像其独特的特点为引入数字图像处理的方法提取建筑物奠定了基础。

参考文献

[1] 冯仲科，杨伯钢，罗旭，等.应用LIDAR技术预测林分蓄积量[J].北京林业大学学报，2007（S2）：45-51.

[2] 刘永霞，胡涌，冯仲科.基于LIDAR数据的林冠层三维信息模型的提取与应用[J].北京林业大学学报，2007（S2）：66-69.

光电技术研究范文第5篇

【关键词】数字广播;电视;信号发射;技术分析

广播电视不仅是一项行业的建设，同时也是一项拥有技术发展和变革的技术行业。现阶段在进行行业发展的时候，需要使用较多的技术开展全新的覆盖面的增长，这样就在一定的层面上让发射技术实现较高程度发展。我国的地域范围较为宽阔，广播电视需要对一些地域较为偏远的地区实现机信号的覆盖，让更多的人们实现电视广播的接受。发射技术是一项综合性较高的数字技术，能够实现多功能的建设和发展，能够让广播电视实现健康的发展和行业建设。

一、数字广播发射技术的特点分析

1.1可靠性很高

广播电视在进行数字化的发展过程中，其发射技术是一项综合性较高的技术，能够将计算技术和具体信息处理实现较高程度的技术使用，让整体功能建设实现一定的发展。在进行信号发射的过程中，系统建设是由较多的硬件和高端性较高的软件实现一定的组建。软件和诸多硬件建设是具有很强的稳定性[1]。也呈现一定的可靠性，这样就让整体系统建设实现较高的运行，能够在很长时间内实现正常的运行和功能发挥。

1.2具有开放性

当前在进行系统建设的时候，电视行业发展是根据国家正规的诸多规矩和建设标准开展的，具有很强的规范性。在这一系统建设中，让设备实现无缝的衔接[2]。进而让整体系统运作实现完整的功能建设，让系统实现一定层面的功能扩充。通过这些建设，能够让系统功能实现较高的功能发展，具有开放性。

1.3技术先进

发射技术是在计算机这一项较高科学工程实现发展的基础上实现建设的，经过一阶段的发展，技术已经成为发展较为成熟的运用。基于这一发展现实，可以说发射技术是能够降低发展过程中的风险，让电视系统实现很好的稳定建设，让系统实现较为稳定的发展。可以说，技术先进让广播电视呈现顺利发展。

1.4安全性稳定

广播电视实现发展的一项首要因素就是安全性，只有实现安全性，才能让整体运作实现有优质的发展，让系统信号实现稳定的发射和覆盖，提升行业发展的安全度。虽然发射技术已经形成稳定建设，但是在日后的发展和具体规划的过程中，要重视安全发展，让系统实现较高的质量运行，提升信号覆盖质量。

二、发射技术具体分析

2.1DVB技术

该项技术运行的原理主要是利用卫星，地面建设的控制系统等媒介实现信号的传输以及交换工作。该项技术在实现视频或者是音频信号处理的同时，对相关的字幕以及图像信息实现有效的处理[3]。但是，该项技术在使用的过程中存在一定限制，必须要通过费用支付实现技术使用，也负面建设的一种体现。

2.2ATSC技术

ATSC技术在运用的时候，是通过三个不同的层级实现构成的。一层级是定像层，主要是对图像进行确定的形式。二层级是对图像进行压缩的层级，使用一定的标准进行压缩。三层级是调制层，对一层级和二层级的诸多图像数据开展调制工作，最后实现数据发射的工作。

2.3ISDB技术

这项技术主要是在日本起源，其核心建设为无线技术和计算机呈现的发展技术进行有效的结合，并在电视行业实现一定的运用。通过这种模式提升信号在传输具体时间内的范围，以实现多元的技术服务工作。可以说，该项技术在发展的过程中使用的范围较广，起到有效的信号传输功能。

三、结论

可以说，数字技术的发展为电视发展呈现一定的技术支撑，其发射技术在其发展过程中也实现较高的发展和技术呈现。在多项技术发展的支撑下，发射技术实现一定的功能发展和具体建设。当前使用较多的发射技术有DVB技术、ATSC技术以及ISDB技术。这些技术的应用让电视行业的信号覆盖的范围实现增长，提升信号传输的安全和稳定质量。电视信号的具体传播效率实现增长，让人们的生活实现较高信息的吸收。

作者:申翔 单位:桂林广播电视发射台

参考文献

[1]王夏敏.广播电视数字发射覆盖技术分析[J].科技创新与应用，2016，(18):88.