由于海洋在国民经济及国防中所占的重要地位,使得对海洋领域的探索变得越来越重要。激光水下探测技术越来越广泛地应用于探测鱼群、水雷、潜艇等民用和军事领域。在非扫描式激光三维成像方面,扫描相机因具有分辨率高、响应时间快、灵敏度高的特点,因此在水下激光成像上具有很大的优势。为了实现水下目标三维探测,论文分析和设计基于扫描相机的激光三维成像系统,并在大气中完成了系统可行性实验验证。主要完成的工作如下:1、分析了扫描变像管的结构、成像原理及重要特征参数。详细介绍了扫描相机的工作原理、成像特点,并构建了扫描相机成像景深计算模型。2、设计了扫描相机水下三维成像系统的方案。为实现大视场远距离探测,考虑海水对激光衰减作用及系统成像要求,论文分析比较各类激光器优缺点,选定波长532nm、窄脉宽、高重复频率满足机载要求的调Q Nd:YAG激光器作系统光源,并进行扇形扩束。系统采用精准的数字延时触发电路实现同步控制,消除水中前向散射光和后向散射光对成像造成对比度差,信噪比低的影响。3、在分析了海水光学性质以及激光水下传输特性的基础上,采用蒙特卡洛方法模拟激光水下传输。论文通过建立光子水下传输模型,模拟了激光的展宽和脉冲延时,给出了激光水下的时间传输特性和空间传输特性,为实现激光与扫描相机在纳秒级时间内精准同步控制提供理论依据。4、完成三维成像系统的实验搭建和空中目标探测实验,获得了空间目标三维图像数据,验证了系统方案的合理性与可行性。最后,论文分析了三维成像在不同维度上分辨率的影响因素,建立了原始条纹图像数据提取算法,完成了目标三维重建。