基于距离选通的激光主动成像技术的研究

距离选通激光主动成像可在恶劣环境条件下有效克服大气后向散射和背景干扰,得到被观测目标的高对比度图像.详细分析了大气后向散射对主动成像系统的影响,阐述了距离选通成像技术高速门控成像的原理,并就构成距离选通激光主动成像系统的关键器件如光源、像增强CCD(ICCD)、接收光学系统提出了具体性能要求和选取中需遵循的依据,文章最...     

直接测距型无扫描激光主动成像验证系统

为提高成像效率,研究了基于雪崩光电二极管(APD)阵列和分束照明的直接测距型无扫描激光主动成像系统。系统采用脉冲激光器作为光源,通过测量激光脉冲飞行时间来获取目标距离信息;基于达曼光栅进行分束照明以提高能量利用率。另外,光学系统采用收发共孔径结构,保证了目标处激光脚点和APD阵列各像元的几何对准。与参考APD所采用固定阈值时刻鉴别法不同,系统采用固定阈值与恒比定时相结合的时刻鉴别法处理回波APD阵列的输出信号以适应外光路参数的变化。各通道采用专用计时芯片TDC-GP22测量启停脉冲之间的时间间隔,实现了45ps的计时分辨率。最后,将19m和31m处放置的两个角反射器作为合作目标进行了成像实验,并给出了所获取的距离图像。结果表明:两个目标的平均距离分别为19.28m和31.54m,测距误差分别为0.28m和0.54m,显示提出的设计方案切实可行。     

微弱回波条件下差分合成孔径激光雷达成像实验演示

本文针对差分合成孔径激光雷达(DSAL)未来应用场景具有回波信号微弱、平台与目标之间存在运动误差的特点,在微弱回波条件下进行了随机活塞运动目标的DSAL成像演示实验。采用波长为1 550nm的激光源,搭建了DSAL成像系统,接收孔径间距为188μm,目标距离为2.4m。通过在发射端加入偏振片对发射功率进行衰减,并利用步进线性平移台给目标到雷达之间的光程引入随机活塞运动误差。在激光发射功率约为50nW和20nW的情况下,对光程变化在[-5μm,5μm]的随机活塞运动目标进行DSAL成像实验,此时合成孔径激光雷达(SAL)图像由于随机相位误差而完全散焦,DSAL图像则聚焦良好。实验结果表明,在微弱回波条件下,DSAL系统仍能较好地消除相位误差,实现稳定成像。     

基于光纹特征的激光主动照明图像去模糊

受光学系统离焦、大气扰动、平台振动的影响,激光主动照明系统捕获的图像容易被模糊,而传统的去模糊方法难以取得良好的复原效果,故本文提出基于光纹特征的盲解卷积复原方法来实现图像去模糊。首先将模糊图像降采样,建立尺度金字塔,在尺度空间查找光纹特征图像块。随后基于激光主动照明图像饱和像素较多的特点,提出新的图像退化模型。最后针对模糊核估计、光纹参数更新、清晰图像复原3个步骤,提出适用的能量函数,迭代复原出无噪清晰图像。搭建了主动照明系统,在捕获的激光主动照明图像上进行了实验,并与现有方法进行了对比。结果表明:本文方法不仅能够复原出清晰图像,而且能有效抑制振铃效应,其客观评价指标峰值信噪比(PSNR)优于已有的其他算法。     

桌面97单元自适应光学系统性能测试

构建了一套桌面自适应光学系统性能测试系统,用以验证97单元自适应光学系统的校正能力。该测试系统主要由光源、快速控制反射镜、变形镜、Shack-Hartmann波前传感器、高速波前处理器、扰动相位屏等部件组成,分别利用干涉仪和Shack-Hartmann波前传感器的数据控制变形镜进行光路的展平校正,得到了系统的静态校正精度。然后,测试了精密跟踪系统的校正能力。最后,利用扰动相位屏模拟不同的大气扰动条件,以成像相机图像的斯特列尔比(SR)为指标,在不同目标亮度下测试了自适应光学系统的动态校正能力。测试结果显示:该97单元自适应光学系统的静态波像差校正精度的RMS接近λ/20;两种控制模式下精密跟踪系统的误差抑制带宽分别达到了15 Hz和39 Hz;系统在强湍流情况下,动态校正后的成像分辨率基本优于3倍衍射极限。由此表明,97单元自适应光学系统能够有效地校正像差,提高成像分辨率。     

基于实时波前信息的图像复原

提出了一种基于PIX总线的千单元可扩展波前探测图像恢复技术.采用波前探测与图像恢复相结合的方式来克服大气扰动和系统像差对图像分辨率的影响,满足大型地基望远镜高分辨率成像的需求.首先利用波前探测的方法得到波前相位畸变量,再由此恢复退化图像.其核心部件-波前处理器则采用波前处理主板和可扩展的波前处理子板相结合的方式来满足不同光学系统对波前处理规模的需求,波前空间采样散可扩展至千单元数量级.系统在室内进行了激光光源图像恢复实验,使激光光源的能量集中度提高50％左右;在室外对恒星和0.6″的双星图像进行了恢复,其半高全宽下降了约80％.系统采用大规模现场可编程门阵列(FPGA)作为波前处理的核心器件,实现了波前探测的实时处理和透过大气成像的退化图像的高分辨率图像恢复.     

采用双三次插值的空间目标偏振成像

为了解决暗弱场景下空间目标与背景对比度过低,无法区分的问题,采用分焦面偏振成像系统分别对室外暗弱场景、室内空间模拟环境进行成像;为了弥补分焦面偏振成像系统图像分辨率下降的缺点,采用双三次插值算法进行上采样。通过分焦面偏振相机的一次曝光便可获得4个不同偏振角度下的光强图,进而解算出偏振度图像和偏振角图像,并与传统的光强图像进行对比;利用双三次插值算法对4幅光强图进行上采样提高图像分辨率,然后再解算出偏振度图像,与未通过上采样获得的偏振度图像进行对比。实验结果表明,偏振成像较之传统的光强成像,目标的对比度获得了提高,边缘信息、纹理信息得到了更好的展现,偏振度图像与光强图像相比,与对比度有关的EME指标至少提高了17%,双三次插值算法提高了成像分辨率。应用双三次插值算法的分焦面偏振成像系统,对暗弱场景下的空间目标的识别具有潜在的应用价值。     

染料调Q的Nd3+:YAG激光器偏振性测试

为了确定染料调Q的Nd3+:YAG激光器发射的单次激光脉冲的偏振性,利用偏振分束立方体和双通道激光能量计,实验测量了激光脉冲经偏振分束后P偏振光和S偏振光的能量比,分析总结了激光器的偏振性.结果表明:激光器偏振性个体差异很大,不存在统一性;每一台激光器都有各自的偏振性,同一台激光器前后发射的激光脉冲的偏振性可能一致,也可能变化较小,也可能完全随机.产生偏振性的具体原因有待进一步研究.     

染料调Q的Nd3+∶YAG激光器偏振性测试

为了确定染料调Q的Nd3+∶YAG激光器发射的单次激光脉冲的偏振性,利用偏振分束立方体和双通道激光能量计,实验测量了激光脉冲经偏振分束后P偏振光和S偏振光的能量比,分析总结了激光器的偏振性。结果表明:激光器偏振性个体差异很大,不存在统一性;每一台激光器都有各自的偏振性,同一台激光器前后发射的激光脉冲的偏振性可能一致,也可能变化较小,也可能完全随机。产生偏振性的具体原因有待进一步研究。     

染料调Q的Nd3+∶YAG激光器偏振性测试

为了确定染料调Q的Nd3+:YAG激光器发射的单次激光脉冲的偏振性,利用偏振分束立方体和双通道激光能量计,实验测量了激光脉冲经偏振分束后P偏振光和S偏振光的能量比,分析总结了激光器的偏振性.结果表明:激光器偏振性个体差异很大,不存在统一性;每一台激光器都有各自的偏振性,同一台激光器前后发射的激光脉冲的偏振性可能一致,也...     

含三次位相元件照相物镜的设计

设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深。进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置。对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数。通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果。利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果。结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上。     

一种红外场景仿真系统工作状态寻优方法

红外场景仿真系统的成像质量关系着仿真实验的质量。对红外场景生成装置的主要技术指标进行测评,主要包括时间特性、空间分辨率、空间均匀性、几何畸变等,这些指标可以全面反映仿真系统的技术性能。为了在实际应用过程中迅速、简洁地确定仿真系统的最佳工作状态,提出了一种客观评价算法,通过采用标准红外成像设备对仿真系统进行探测成像,与场景生成器所仿真的实物场景进行对比,实现对场景仿真系统的定性评价和标定。实际应用表明,该方法便于每次使用之前进行系统标定,可以快速、便捷确定仿真系统的最优工作状态。     

Optical diagnostics of mercury jet for an intense proton target

An optical diagnostic system is designed and constructed for imaging a free mercury jet interacting with a high intensity proton beam in a pulsed high-field solenoid magnet. The optical imaging system employs a backilluminated, laser shadow photography technique. Object illumination and image capture are transmitted through radiation-hard multimode optical fibers and flexible coherent imaging fibers. A retroreflected illumination design allows the entire passive imaging system to fit inside the bore of the solenoid magnet. A sequence of synchronized short laser light pulses are used to freeze the transient events, and the images are recorded by several high speed charge coupled devices. Quantitative and qualitative data analysis using image processing based on probability approach is described. The characteristics of free mercury jet as a high power target for beam-jet interaction at various levels of the magnetic induction field is reported in this paper.     

双CMOS成像系统中运动模糊图像的复原

为获取高空间分辨率的清晰图像,设计了一种双CMOS成像系统.该系统的两片CMOS传感器可同时获取相同场景的图像.其中一片CMOS传感器获取高帧率、低空间分辨率的图像序列;另一片CMOS传感器获取低帧率、高空间分辨率的运动模糊图像.首先,通过光流法计算高帧率、低空间分辨率CMOS传感器获取图像序列的全局运动路径,在能量守恒和能量与积分时间成正比2个约束条件下估计运动模糊核初始值,通过贝叶斯准则交替迭代优化运动模糊核.最后,利用TV-L1方法从低帧率、高空间分辨率CMOS传感器获取的模糊图像中快速、有效地恢复出清晰图像.仿真和实验结果表明;有38％以上的仿真图像复原结果误差率小于2,且受噪声影响小,复原图像的振铃小.另外,能有效去除实拍图像的空间移不变运动模糊.     

复合式多点测量速度干涉仪光学系统设计

为满足爆炸冲击作用下物质界面的速度测量需求,设计了一种复合式多点测量的速度干涉仪。采用物方和像方双远心光路,将光纤阵列出射的照明激光定点投射到待测物面上,实现了针状滴注式照明,充分利用了照明激光能量,且保证了待测物面在运动过程中具有恒定的照度。成像系统像面采用末端为大芯径的锥形光纤接收信号光,既保证了物面运动过程中信号光与光纤的有效耦合,又保证了信号的单模输出,以便进入单模光纤马赫-曾德干涉仪进行差频干涉。采用具有微小楔角、沿直径方向镀矩形带状45°反射膜的反射镜,将照明光路与成像光路同轴,并校正了成像系统的大量像散。该干涉测量系统在物面运动10mm的行程中,物面滴注式照明照度保持恒定,像面光斑大小没有超出大芯径的光纤芯径。此光学系统能够满足爆炸冲击界面的大行程速度测量需求。