基于深度学习的激光干扰成像评估方法

可见光主动成像系统被广泛应用于成像侦察领域,激光压制干扰是一种可以利用的反制手段。合理地对激光干扰效果进行评估,对于干扰一方具有重要意义。为了更客观地评价激光干扰对成像侦察的影响,从可见光成像侦察的特点出发,对激光干扰可见光成像效果进行划分,确定了干扰效果评估需求。建立了可见光图像的激光干扰效果评估模型,结合基于YOLOv4的目标检测置信度及WFSIM算法的三个图像特征表征指标,形成了对应的评估体系。构建了一套参数可调的激光干扰图像采集及评估分析实验系统,对人体目标进行图像采集,验证了提出的评估体系及方法。     

对集群光电成像传感器的多源协同相干激光干扰机理研究

目前激光干扰基本是一对一干扰模式,随着光电侦察传感器的大量使用,激光干扰急需面向集群目标的多对多干扰手段。立足于解决对集群化光电成像侦察的有效压制干扰问题,文中提出对集群光电成像传感器的多源协同相干激光干扰方法,以视场外散斑相干合成干扰作为多对多干扰实现的基本思路,探讨其相干干扰机理,建模分析双光束相干激光干扰光电传感器作用效果并提出对集群目标的协同干扰模型。仿真结果表明,激光入射角度是激光协同相干干扰的重要影响参数,能够作为干扰站协同部署的依据。同时,基于PSNR与MSE的图像质量评价结果表明,相干叠加干扰与单光束干扰以及非相干叠加干扰相比具有明显优势。     

强光对超二代像增强器图像的干扰研究

通过开展非相干强光对高性能超二代微光像增强器的饱和干扰实验,得到了非相干强光对高性能超二代微光像增强器的干扰现象,对其干扰图像、干扰过程和干扰后恢复情况进行了分析,研究了强光辐射对微光像增强器电子增益的影响,分析了干扰光辐射照度与干扰形成光斑尺寸之间的关系。     

激光干扰对CCD成像系统目标检测性能的影响

分析成像系统的工作过程及常用检测算法,针对激光干扰图像的特点,结合背景杂波的量化方法,提出基于目标背景结构相似度与平方和根的图像尺度。该尺度利用结构相似度在成像检测方面以及平方和根尺度在目标局部对比度方面的优点,适用于激光干扰后检测算法性能的评估。激光视场内干扰与视场外干扰的实验显示:激光干扰使得Otsu算法的分割精度受到较大影响;对于相关检测算法,激光干扰会使相关曲面出现较大的波动,增大了虚警概率。研究结果表明:该尺度能够较好地反映激光干扰图像对于CCD成像检测算法性能的影响,初步验证了尺度的有效性。     

10.6 μm激光对红外成像系统干扰特性研究

针对10.6 μm激光照射某型红外成像系统所产生的干扰效应开展研究。运用ABCD矩阵变换法实现了激光在红外光学系统每个物镜前后和激光到达探测器表面的功率密度计算;通过研究10.6 μm激光对红外成像系统的作用机理,深入分析了激光照射下红外光学玻璃、红外探测器的温升效应,揭示了激光对红外成像系统图像干扰效应的一般规律;搭建了10.6 μm激光作用红外成像系统试验测试平台,验证了激光照射对光学材料的温升效应、激光照射过程中红外图像的响应特征和不同强度激光照射下的红外图像干扰和饱和效应。     

高重频脉冲激光对CMOS相机饱和干扰效果研究

激光干扰是对抗成像观瞄设备和精确制导武器,保护己力目标的重要方式。为了评估激光对CMOS像传感器的干扰效果,利用1.06μm高重频激光开展了对CMOS相机的饱和干扰实验研究,实验中计算了CMOS图像饱和激光功率密度阈值,并分析了CMOS相机干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度与激光入射功率之间的关系。实验结果表明．随着激光功率的增加。CMOS相机饱和像元数、干扰有效面积增加,图像质量下降,干扰效果明显提高     

超连续谱光源辐照可见光CMOS图像传感器的实验研究

研究了超连续谱光源对可见光CMOS图像传感器辐照的实验现象和规律。观察到随着入射激光功率的不断增大，CMOS图像传感器依次出现了像元饱和、局部饱和、局部过饱和以及全屏饱和等现象。与1 060 nm锁模光纤激光辐照同种图像传感器的实验相对比，从有效干扰面积、图像相关度及图像均方差等三个方面，对比了两种干扰源在影响CMOS图像传感器成像质量方面的异同，发现CMOS图像传感器的响应特性、激光的频谱特性和成像光学系统的色散是导致干扰效果差异的主要原因。     

定向干扰激光的红外成像建模与仿真

为有效应对红外成像制导武器,激光定向干扰技术在近年得到重点发展,并有望成为未来红外对抗的主要方式。着眼于对激光干扰条件下红外系统成像特性的研究需求,对机载激光定向干扰从发射、大气传输、光学系统传输以及探测器响应的全链路过程进行了分析建模,构建了激光干扰条件下红外系统成像特性的仿真模型,最后通过试验验证了文中方法和模型在对激光的红外成像灰度等级、成像光斑及灰度分布特性、成像饱和与致盲毁伤效果方面能够有效反映红外成像系统对激光的实际响应特性,并取得与实测试验相近的仿真结果,从而为后续深入研究激光定向干扰效能奠定基础。     

结合激光功率和光斑位置的多帧动态干扰效果评估

激光主动成像系统通常用于重要区域监视和危险目标识别,当该系统受到敌方激光干扰时,其成像质量将会下降。由于目标、成像系统和干扰源的相对位置,以及干扰源的干扰功率处于时刻变化中,导致不同时刻的干扰效果不尽相同,如何衡量一段时间内激光对成像系统的干扰效果成为一个难题。提出了一种基于连续多帧图像动态特征变化的无参考激光干扰评估算法,在图像目标区域内分析单帧干扰图像中特征点的匹配准确率和空间变化率以及多帧图像特征点变化的准确性、空间性、结构性差异、频率和显著性特征,最终得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行照明成像识别实验,采集不同干扰功率和干扰方位的激光干扰图像。基于提出的特征点动态性算法对获得的连续多帧激光干扰图像进行评估,结果表明该算法能够准确评价一段持续干扰过程中不同功率、方位的激光干扰效果,客观反映光斑遮盖下自动目标识别算法的失效程度。     

目标温度对中波红外定向干扰效果影响研究

除了干扰激光功率,合作目标温度也是影响定向干扰效果的重要因素之一。本文开展了中波激光对中波红外成像制导系统的干扰实验,获取了不同干扰强度下红外导引头对不同温度合作目标的跟踪情况,分析研究了合作目标温度、干扰激光功率等对红外定向干扰效果的影响。结果表明,导引头所攻击目标温度影响对导引头的红外定向干扰效果,合作目标温度越高,其中波红外辐射强度越高,需要的干扰激光强度越高,即需要更高的干扰压制比,才能达到一致的干扰效果;另外,目标温度影响导引头对图像灰度分割门限的计算,从而影响干扰激光对导引头图像的饱和与串扰现象,最终影响对目标的提取和跟踪。     

基于Mach-Zehnder的像面相交干涉成像光谱技术

像面相交干涉光谱成像技术是一种紧凑型光谱成像技术,具有体积小、质量轻等特点,可搭载在小卫星或飞机平台上进行光电侦察等工作。研究了像面干涉光谱成像技术,提出基于多棱镜组合的Mach-Zehnder角剪切分束器的设计方案,对该分束器的工作原理及设计方法进行详细论述,并结合实例对某光谱分辨率条件下的Mach-Zehnder角剪切分束器的角剪切量进行了分析设计。同时研究了像面相交干涉光谱成像系统物镜设计特点,对该像面相交干涉光谱成像技术进行实验验证。     

基于CCD标定的微像素精度图像定位技术

基于光电成像器件CCD的点目标定位技术被广泛运用于天文定位、侦察等民用及军用方面。传统点目标定位精度一般为亚像素级,受CCD自身成像误差限制,目标定位精度难以大幅提高。提出通过干涉条纹对CCD进行标定,从而得到CCD频域像素响应函数的精确表达式,由此重构高质量的目标入射光场图像,进而提高光电成像系统对点目标定位的精度。首先建立了干涉条纹标定CCD及目标光场图像重构的理想模型,并通过仿真验证了点目标图像重构效果以及最终点目标的定位精度。仿真结果表明,经干涉条纹标定CCD后,重构的目标光场图像质量得到大幅度的提升,接近于CCD像面前入射光场图像,通过高斯曲面拟合得到点目标形心坐标及其微位移的提取精度均达微像素级别,相比于传统的亚像素定位,定位精度得到了大幅度的提高。     

非相干LED白光产生无衍射光的光源设计

非相干光源产生无衍射光束的实验中,入射光束的均匀性对产生无衍射光束的质量有很大影响。文中以非相干光源白光LED为例,通过对LED自身发光特性的分析,对光线传播过程进行数学建模,用非成像光学光通量守恒原理,对均匀照明设计方法进行理论推导,得到了一种基于非成像光学产生均匀光束的透镜设计方法。用三维建模软件进行建模并用光学仿真软件进行光线追迹,确定用该方法设计的透镜能满足实验对入射光束均匀度的要求,并初步实验获得较高质量的零阶无衍射Bessel光,验证了该设计方法的合理性。     

基于光学传感器数据融合的小目标识别方法研究

可见光与红外成像侦察是光电侦察领域中的最重要的获情手段,但是由于当前缺乏针对两种光学传感器获取的目标图像进行融合的有效方法,严重制约了光学目标检测和识别概率的进一步提高,尤其是小目标的识别问题,成为光电侦察领域的一个难题.本文立足小目标光学成像特点,充分运用图像处理领域前沿理论方法,研究提出了基于可见光和红外图像数据融合的小目标识别算法流程框架,为小目标识别问题的解决,提供了切实可行的指导.     

基于MIMO技术的LED可见光通信系统

为了改善室外发光二极管(LED)可见光通信系统的性能, 解决湍流效应引起的光束相位变化、光束漂移、光束扩展等干扰问题, 提出了一种基于多输入多输出(MIMO)技术的LED可见光通信系统。首先构建了大气湍流信道模型, 然后利用MIMO技术相关原理搭建了LED可见光通信系统模型, 最后采用最大比合并的方法恢复出原始的信号, 并计算误比特率。结果表明, 在相同的湍流强度下, 随着系统分集程度越大, 误比特率越低; 在强湍流信道环境下, M=3, N=4的通信系统实现了10-7的误比特率, 与M=1, N=1的通信系统相比, 误比特率降低了5个数量级。该研究验证了MIMO技术抑制湍流效应的可行性与有效性。     

可调强光对可见光CCD摄像系统成像过程的干扰研究

为了对抗电视成像制导武器,采取用可调强光照射目标的方式对CCD 摄像系统的成像过程实施干扰。首先在介绍CCD 摄像系统获取图像流程的基础上理论计算了输出图像灰度值与光照条件、摄像机参数之间的关系;然后,讨论了不同光强比和照射面积比等光照条件对CCD 摄像机增益控制的影响,得到了增益随光照条件变化的调节曲线;最后开展了全局光照和局部光照对成像质量的影响以及按一定出光时序控制光照条件对成像质量影响的实验,并利用结构相似度（SSIM）对干扰图像进行质量评价。结果表明:可调强光能够对CCD 成像过程造成很大干扰,使获取的图像质量大大降低。     

Semarmont棱镜对单模高斯光束光强分布影响的分析

为了研究Semarmont棱镜对单模高斯光束光强分布的影响,采用了分析相干的两束光光程差的方法,对光在Semarmont棱镜胶合介质层中的干涉效应进行了详细分析。结果表明,对于给定的入射单模高斯光束,若光在胶合层界面上的入射角、胶合层的厚度和胶合剂的折射率,三者确定其二,棱镜对透射光束光强分布的影响将随另一参量的变化作周期性振荡,且透射高斯光束的形状也会随之改变;相比较而言,棱镜对透射o光的影响要大于e光,但从总体上看,棱镜无论对o光还是对e光的影响均小于3%,在要求不是特别严格的应用中,可以忽略Semarmont棱镜对单模高斯光束光强分布的影响。