High resolution 3D images are of high interest in military operations, where data can be used to classify and identify targets. The Swedish defence research agency (FOI) is interested in the latest research and technologies in this area. A draw- back with normal 3D-laser systems are the lack of high resolution for long range measurements. One technique for high long range resolution laser radar is based on time correlated single photon counting (TCSPC). By repetitively sending out short laser pulses and measure the time of flight (TOF) of single reflected pho- tons, extremely accurate range measurements can be done. A drawback with this method is that it is hard to create single photon detectors with many pixels and high temporal resolution, hence a single detector is used. Scanning an entire scene with one detector is very time consuming and instead, as this thesis is all about, the entire scene can be measured with less measurements than the number of pixels. To do this a technique called compressed sensing (CS) is introduced. CS utilizes that signals normally are compressible and can be represented sparse in some basis representation. CS sets other requirements on the sampling compared to the normal Shannon-Nyquist sampling theorem. With a digital micromirror device (DMD) linear combinations of the scene can be reflected onto the single photon detector, creating scalar intensity values as measurements. This means that fewer DMD-patterns than the number of pixels can reconstruct the entire 3D-scene. In this thesis a computer model of the laser system helps to evaluate different CS reconstruction methods with different scenarios of the laser system and the scene. The results show how many measurements that are required to reconstruct scenes properly and how the DMD-patterns effect the results. CS proves to enable a great reduction, 85 − 95 %, of the required measurements com- pared to pixel-by-pixel scanning system. Total variation minimization proves to be the best choice of reconstruction method. / Högupplösta 3D-bilder är väldigt intressanta i militära operationer där data kan utnyttjas för klassificering och identifiering av mål. Det är av stort intresse hos Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI) att undersöka de senaste teknikerna in- om detta område. Ett stort problem med vanliga 3D-lasersystem är att de saknar hög upplösning för långa mätavstånd. En teknik som har hög avståndsupplös- ning är tidskorrelerande enfotonräknare, som kan räkna enstaka fotoner med extremt bra noggrannhet. Ett sådant system belyser en scen med laserljus och mäter sedan reflektionstiden för enstaka fotoner och kan på så sätt mäta avstånd. Problemet med denna metod är att göra detektion av många pixlar när man bara kan använda en detektor. Att skanna en hel scen med en detektor tar väldigt lång tid och istället handlar det här exjobbet om att göra färre mätningar än antalet pixlar, men ändå återskapa hela 3D-scenen. För att åstadkomma detta används en ny teknik kallad Compressed Sensing (CS). CS utnyttjar att mätdata normalt är komprimerbar och skiljer sig från det traditionella Shannon-Nyquists krav på sampling. Med hjälp av ett Digital Micromirror Device (DMD) kan linjärkombi- nationer av scenen speglas ner på enfotondetektorn och med färre DMD-mönster än antalet pixlar kan hela 3D-scenen återskapas. Med hjälp av en egenutvecklad lasermodell evalueras olika CS rekonstruktionsmetoder och olika scenarier av la- sersystemet. Arbetet visar att basrepresentationen avgör hur många mätningar som behövs och hur olika uppbyggnader av DMD-mönstren påverkar resultatet. CS visar sig möjliggöra att 85 − 95 % färre mätningar än antalet pixlar behövs för att avbilda hela 3D-scener. Total variation minimization visar sig var det bästa valet av rekonstruktionsmetod.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:liu-107195 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Fall, Erik |
| Publisher | Linköpings universitet, Datorseende, Linköpings universitet, Tekniska högskolan |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.002 seconds