Eye-safe digital 3-D sensing for space applications

This paper focuses on the characteristics and performance of an eye-safe laser range scanner (LARS) with short- and medium-range 3-D sensing capabilities for space applications. This versatile LARS is a precision measurement tool that will complement the current Canadian Space Vision System. The major advantages of the LARS over conventional video-based imaging are its ability to operate with sunlight shining directly into the scanner and its immunity to spurious reflections and shadows, which occur frequently in space. Because the LARS is equipped with two high-speed galvanometers to steer the laser beam, any spatial location within the field of view of the camera can be ad-dressed. This versatility enables the LARS to operate in two basic scan pattern modes: (1) variable-scan-resolution mode and (2) raster-scan mode. In the variable-resolution mode, the LARS can search and track targets and geometrical features on objects located within a field of view of 30 by 30 deg and with corresponding range from about 0.5 to 2000 m. The tracking mode can reach a refresh rate of up to 130 Hz. The raster mode is used primarily for the measurement of registered range and intensity information on large stationary objects. It allows, among other things, target-based measurements, feature-based measurements, and surface-reflectance monitoring. The digitizing and modeling of human subjects, cargo payloads, and environments are also possible with the LARS. Examples illustrating its capabilities are presented.Ce m\ue9moire examine les caract\ue9ristiques et performances d'un scanner t\ue9l\ue9m\ue9trique laser (LARS) inoffensif pour l'?il \ue0 fonctions de d\ue9tection tridimensionnelle \ue0 courte et moyenne port\ue9es pour les applications spatiales. Ce LARS souple est un outil de mesure de pr\ue9cision qui servira de compl\ue9ment au syst\ue8me de vision spatial canadien actuel. Les principaux avantages du LARS sur les syst\ue8mes d'imagerie vid\ue9o classiques sont sa capacit\ue9 de fonctionner m\ueame quand la lumi\ue8re solaire p\ue9n\ue8tre directement dans le scanner, et son insensibilit\ue9 aux r\ue9flexions et aux ombres parasites fr\ue9quentes dans l'espace. \uc9tant donn\ue9 que le LARS est \ue9quip\ue9 de deux galvanom\ue8tres \ue0 r\ue9action rapide pour guider le faisceau laser, toutes les directions dans le champ de vision de la cam\ue9ra peuvent \ueatre utilis\ue9es. Cette souplesse permet d'utiliser le LARS dans deux modes de balayage de base : 1) le mode \ue0 r\ue9solution variable et 2) le mode \ue0 balayage r\ue9current. Dans le mode \ue0 r\ue9solution variable, le LARS peut chercher et poursuivre des cibles et des particularit\ue9s g\ue9om\ue9triques sur des objets se trouvant dans un champ de vision de 30 degr\ue9s sur 30, \ue0 une distance allant de 0,5 \ue0 2 000 m. La fr\ue9quence de rafra\ueechissement peut atteindre 130 Hz. Le balayage r\ue9current est surtout utilis\ue9 pour les mesures de distance et d'intensit\ue9 sur des objets stationnaires volumineux. Il est utilis\ue9 entre autres pour les mesures sur les cibles et leurs particularit\ue9s et pour la surveillance de la r\ue9flectance de surface. Le LARS permet \ue9galement de num\ue9riser et de mod\ue9liser les humains, les charges utiles et les environnements. Des exemples illustrant ses capacit\ue9s sont pr\ue9sent\ue9s.NRC publication: Ye