一种改进的激光距离选通成像系统

距离选通技术是克服激光后向散射,提高激光距离选通成像系统信噪比的有效方法。阐述了激光距离选通成像原理,详细分析了距离选通关键技术,指出了传统的距离选通同步控制方案的缺点,提出了一种改进的激光距离选通成像系统,讨论了激光距离选通成像系统今后需要重点研究的课题和发展趋势。     

一种改进的基于DSP的激光距离选通成像系统

采用激光束主动照明,是对远距离暗目标进行成像探测和精确跟踪的有效途径.从激光距离选通成像系统的成像关系出发,分析了距离选通方式和非距离选通方式下的激光距离选通成像系统的信噪比,从理论上说明了采用距离选通技术可以有效地抑制后向散射等背景噪声.讨论了激光距离选通成像关键技术,分析了传统的激光距离选通成像系统的缺点,提出了一种改进的基于数字信号处理(DSP)的激光距离选通成像系统.该系统利用快速DsP控制器完成测距和距离延迟,产生纳秒级的选通脉冲选通ICCD摄像机,实现距离选通.该系统克服了传统的激光距离选通成像系统需要已知距离,需要精确测量激光器的传输时间延迟等缺点,可以获得目标的距离信息和距离选通图像.     

激光距离选通成像关键技术

距离选通技术是克服激光后向散射、提高激光距离选通成像系统信噪比的有效方法.阐述了激光距离选通成像原理,详细分析了距离选通关键技术,指出传统的距离选通同步控制系统的缺点,并提出一种改进的距离选通同步控制方案.     

距离选通水下激光成像系统信噪比分析与计算

距离选通水下激光成像系统是一种基于时间标记原理的水下光电成像系统,它能够有效抑制水体后向散射光的干扰,提高目标探测距离,具有较高的军事和民用价值。在距离选通水下激光成像系统中,ICCD可能接收到的光信号包括水体后向散射光、目标反射直射光、以及目标反射光的前向散射光。建立了ICCD接收信号光能量的几何模型,在给定开门时刻和选通门宽参数条件下,给出了通过点扩散函数计算ICCD像元上所能接收到的目标反射光的直射光及其所引起的水体前向散射光能量的方法,以及通过水体分层计算水体后向散射光的方法,定义了距离选通水下激光成像系统信噪比,分析了目标距离对信噪比的影响并给出了仿真结果。     

水下激光距离选通成像系统的模型与极限探测性能研究

为了改善现有水下激光距离选通成像建模方法在收发时序和器件特性方面的不足,提出了一种改进的系统模型。该模型以一维(1D)方波信号为研究对象,通过计算该信号的输出信噪比来评价成像系统的性能。模型考虑了水下激光脉冲的时域展宽和增强型电荷耦合装置(ICCD)的增益噪声特性以对现有模型的不足进行改进。通过模拟计算与实际水下激光距离选通成像系统所采集的图像相对比的方法验证了模型正确性,又通过对系统在不同水质下极限探测距离的仿真计算表明距离选通技术对人形暗目标的探测、识别和认清距离达到了9,7.5和7个衰减长度,从而证明了距离选通技术能够有效探测劣质水况下的中小目标。     

距离选通超分辨率三维成像及其应用

距离选通超分辨率三维成像是一种新型非扫描三维成像技术,在水下成像、远距离侦察、自动导航等应用中具有重要意义。综述了距离选通超分辨率三维成像技术国内外研究进展,对于梯形距离选通超分辨率三维成像和三角形距离选通超分辨率三维成像从距离能量包络能量态、三维成像步长、信噪比、环境噪声敏感性、距离分辨率以及测距精度等角度进行了对比分析,介绍了距离选通超分辨率三维成像技术的最新研究进展,包括编码超分辨率三维成像、实时距离选通超分辨率三维成像、多脉冲延时积分超分辨率三维成像,并分析了在低对比度目标探测、识别、水下三维成像方面的应用情况,以及笔者实验室在距离选通超分辨率三维成像技术方面开展的研究工作。距离选通三维成像技术的发展趋势为获取更高的三维成像景深分辨率比,实现快速高分辨率三维成像。     

利用时间切片序列图像的三维成像距离信息计算方法

距离选通激光主动成像技术进行三维成像的方法之一是通过延迟时间步进变化获得不同距离切片序列图像,通过处理序列二维图像获取目标点的三维信息,其关键是数据处理方法。在分析应用延时步进方法进行距离选通三维成像基本理论的基础上,针对系统激光脉宽、ICCD快门时间、延时步进等参数值较大时获得的灰度值序列特征,提出一种改变参与计算的图像帧数的目标距离计算改进方法,实验结果表明:该方法在减小运算量的同时可有效提高三维成像的距离精度。     

水下距离选通成像系统调制传递函数模型分析

随着国家对水下成像探测、水下资源勘查等应用需求增加,建立符合实际情况的水下光电成像模型,成为目前水下成像研究者的目标。为了探究水下距离选通成像系统性能,建立了距离选通成像系统各个模块调制传递函数模型,以及总的系统调制传递函数模型。对目前市场上主流成像系统所采用的超第二代、第三代像增强器的选通成像性能进行理论对比仿真分析,完成了对水下距离选通成像系统性能模型的仿真。结果表明,前向散射光调制传递函数以及后向散射光调制传递函数随着探测距离以及选通时间的增加呈现逐渐下降趋势,并且前向散射光调制传递函数下降的速度更快;系统调制传递函数随着探测距离、选通时间和空间频率的增加而逐渐下降,并且通过理论模型分析得到典型的第三代像管的性能比超第二代像管的性能在水下距离选通成像过程中更具优势。     

激光主动成像系统探测距离的计算与仿真

为了准确计算主动成像系统的工作距离,利用激光照明模型,根据成像过程中影响系统成像质量的因素,建立了激光主动成像系统的信噪比模型。根据相机发现识别目标所需要的信噪比阈值,脉冲激光器I、CCD接收器的性能指标,大气消光系数等参数,推导出激光主动成像系统的工作距离公式。利用工作波长为0.532μm的脉冲Nd∶YAG激光器,CCD相机,以及基于CPLD技术设计的距离选通同步控制板,进行了主动成像实验,并且完成了系统探测距离的计算与仿真。     

激光距离选通成像技术及其组合应用模式综述

激光距离选通成像系统与热成像系统组合应用模式已成为国内外关注的发展趋势之一。简要阐述了激光距离选通成像系统的工作原理及技术特点;结合国外最新出现的主/被动成像组合模式,介绍了四种典型实验系统:单纯的激光距离选通成像系统、短波红外距离选通成像+热成像组合系统、热成像+激光雷达共光路组合系统、多波段双模成像系统,分析了各组合系统的结构组成、核心器件和技术优势;介绍了相关实验研究结果,着重介绍了两种新的成像模式——非视域成像模式和双基成像模式。分析了激光距离选通成像技术的发展趋势,对发展新型激光距离选通成像技术和装备具有参考价值。     

无扫描3-D距离选通成像激光雷达实验系统

无扫描3-D距离选通成像激光雷达能有效抑制后向散射,消除距离模糊,提高系统的探测能力、成像质量和距离精确性.介绍了完全采用商用器件搭建的无扫描3-D距离选通成像激光雷达实验系统,对实验系统进行了测试,结果表明,系统在室内40 m的作用距离下,距离分辨率达到1.5 m,能够准确地获得目标形状和距离信息;在室外960 m的作用距离下,系统的距离分辨率下降到3 m,但依然能够识别出目标.最后提出了实验系统的不足之处.     

水下距离选通成像多分辨率爬山自动聚焦法

针对水下距离选通激光成像图像模糊导致自动聚焦难的问题,提出了多分辨率爬山自动聚焦法,解决了系统实时聚焦问题,获得了高清晰度高质量图片。该方法利用图像的多分辨率原理,通过空间采样处理形成不同分辨率采样层,减少数据量,降低图像处理时间,系统完成聚焦处理时间降低到约为传统方法的一半。进而利用帧间相关性对当前帧和相邻前两帧分别以0.5,0.3和0.2的加权系数进行加权计算,获得当前帧的边缘检测清晰度值,近乎以100%正确率解决爬山法由于局部峰值干扰错误判断可能收敛到局部最大值而导致聚焦失败的问题,最后利用爬山法实现自动聚焦。针对此方法进行多次选通系统实验验证,结果证明:该方法能够保证自动聚焦的速度和精度,提高系统聚焦判定的实时性、准确性和鲁棒性。     

基于水平集算法后向散射的运动目标轮廓提取

基于距离选通的激光主动成像系统在大气条件下对运动目标成像时,为了在更大范围内搜索跟踪目标,距离选通初始门宽通常在微秒量级,进而引起后向散射,严重影响了系统对目标的识别与提取。文中首先分析了基于距离选通的激光主动成像系统,在此基础上引入距离信息实时跟踪运动目标,研究了不同选通门宽引起的后向散射对图像质量的影响,提出了一种基于Sobel 算子和 GAC 模型的目标轮廓提取算法,将 Sobel 边缘检测的结果引入水平集边界停止函数,为水平集的曲线演化提供参考依据。实验结果表明,提出的水平集算法能够克服严重后向散射干扰影响提取目标轮廓,目标提取精度在0.9以上,高于 GAC、LIF、LBF 等经典水平集算法。     

低慢小目标面阵推进式激光成像探测方法研究

为了解决空中低慢小目标探测存在“发现难、识别难、跟踪难”的问题,提出了一种面阵推进式激光成像探测方法。采用面阵探测器对场景选通成像,通过车载成像系统的行进来实现多帧不同场景图像的获取,并运用一种特定的距离映射关系来实现对观测场景的3维重构。以低空小型飞行物为目标,设计了成像探测系统的基本参量,并从激光二极管阵列单元、脉冲宽度与重复频率、大气衰减、信噪比和脉冲峰值功率等方面分析了成像探测系统的基本性能。结果表明,在低空范围内,面阵推进式激光成像探测方法可有效对大面积空域进行快速3维成像,缩短图像生成时间,为下一步的系统工程实现提供了理论和技术指导。     

互相关算法在运动目标距离选通激光三维成像中的应用

在微光成像中,距离选通成像是一种获取目标三维信息的有效手段。对于静止目标而言,可以通过对目标切片成像,获得不同选通距离的目标图像,进而通过二值化算法或质心算法获得目标的三维图像。而对于运动目标而言,在切片成像的同时,目标的空间位置会发生变化,因此需要对不同选通距离的目标图像进行配准,而后才能获得目标的三维图像。搭建了基于像增强电荷耦合器件(ICCD)的距离选通实验系统,提出了一种基于像质评价的互信息配准算法配准激光图像目标的空间位置,然后对配准后的激光图像通过互相关算法获得三维图像,并在保证一定的三维精度基础上,逐渐减少激光图像的像幅数,最后与二值化算法和质心算法三维重构进行了实验对比,实验结果表明,互信息配准算法能够有效配准激光图像,互相关三维成像算法精度高于二值化法和质心法,最少采用2幅图像即可获得目标的三维点云图像,大大降低了对运动目标三维成像的难度。     

基于距离选通的水下偏振光成像系统的研究

光在水下传输受到吸收和散射的影响,限制了水下成像的成像距离和成像清晰度。为能抑制后向散射光的干扰,结合距离选通技术和偏振成像技术的各自的特点,提出了基于距离选通的偏振成像方式。基于距离选通的偏振成像一方面利用同步控制装置,时间上分离目标反射光,另一方面通过水体散射光和物体散射光解偏振度的差异来实现成像。本文分析了基于距离选通的偏振成像原理,具体给出了实验装置和实验过程。通过实验分析,得出基于距离选通的偏振成像技术运用于水下成像的可行性,且能大大提高图像的对比度,使其成像质量优于距离选通方式。     

距离选通在水下激光成像系统中的应用

介绍了距离选通水下激光成像技术的原理及其技术进展,并具体设计与实现了一种新型的水下激光成像系统。距离选通成像方式是一种减小水介质后向散射的有效方法,利用水介质对可见光光谱的低损耗窗口效应,采用蓝绿波长的脉冲激光器提供主动照明,CCD作为接收器,可在提高目标场景照度的同时,减小后向散射的影响,实现水下距离选通激光成像。实验证明,水下距离选通激光成像技术可以克服传统水下成像的缺点,具有成像清晰,对比度高,不受环境光源的影响等优点,已成为国内外重点研究的关键技术。