激光雷达经过多年的发展,形成了结合机械学、光电子学、数理统计、图像处理等学科具有各自独特性能的多种成像体制。高精度的三维目标像在工业设计与加工、逆向工程、探测勘探、目标建模及虚拟现实等应用中,都具有很广阔的前景。本文的研究方向为距离选通门控切片激光三维成像,通过理论分析及实验验证对这种体制的成像精度问题进行探讨。首先,通过较为详细的调研,对国内外距离选通技术的发展情况进行了综述。分析了不同研究机构的代表性成像系统的性能参数以及它们在实际应用当中的优势,引出了本文研究内容的必要性。其次,通过分析距离选通技术原理,对切片像的强度分布特性进行了matlab数值仿真。对比了二值化算法和质心算法对激光成像精度的影响,从理论上对成像距离精度的影响因素进行了分析。然后,以之前的理论分析为依据,设计并搭建了成像实验系统。完整系统主要由激光发射系统、同步控制系统、回波探测系统构成。对各分系统进行了必要的测试,掌握了设备的工作特性:光束发散角为4°,重频1-100Hz可调;系统固有延迟约13ns,可对1.95m以上的近距离目标成像;选通门宽3ns-DC可调;延迟步进达到ps量级,可以进行精细切片。最后对完整系统进行了调试使之工作在最佳状态。接下来,完成了厘米级精度的成像实验。对于9.5m及22m的目标,门宽为7ns时距离精度均可达到0.025m。通过不同条件下的多组实验,较为系统地分析了不同门宽下的成像距离精度,证实了较小的选通门宽对于保证成像精度具有一定的优势。最后,探讨了质心算法的适用性问题,提出了一种基于曲线拟合标定切片像强度质心的方法,并进行了实验验证。并通过实验对比验证了本文提出的这种方法在切片数量较少且切片分布不均匀的情况下,对于保证距离选通门控切片成像体制的适用性,提高距离像精度具有较大优势,通过分析指出了这种方法在门控切片成像体制下具有一定的普适性。