大气条件下的激光主动成像仿真研究

基于距离选通的激光主动成像能够克服被动成像的缺点在低光照的条件下对目标清晰成像。根据成像的基本过程和模块化思想,建立了激光成像链路的7个数学模型,分别是激光发射模型、目标模型、目标和平台的运动模型、大气模型、接收光学系统模型、ICCD成像模型和噪声模型,研究了目标反射激光能量在各环节的传递情况,仿真得到了大气条件下的激光图像,通过对比分析实验图像,验证了模型的正确性。     

离轴三反式光学镜头的猫眼效应激光反射特性

为研究离轴三反式光学镜头所特有的猫眼效应激光反射特性,采用ZEMAX光学设计软件,建立了离轴三反式光学镜头模型,利用物理光学传输的方法,仿真分析了其猫眼效应特性,得出了其反射光特性参数及其可用入射角范围,并将其特性规律与同轴式光学镜头进行了比较.结果表明,与同轴式光学镜头相比,离轴三反式光学镜头的猫眼效应激光反射特性的规律性较差,可用入射角范围不对称,但其猫眼效应的复杂性,使得反射光携带有更多的可用信息,通过后续信息处理可对该类光学目标进行参数识别.     

研究光学镜头猫眼效应的物理光学传输分析方法

提出了研究光学镜头猫眼效应的物理光学传输分析方法。该方法以ZEMAX光学设计软件建立的光学镜头模型为基础,采用动态数据交换技术（dynamic data exchange,DDE）获取镜头结构参数;以Collins衍射积分公式为基础,结合矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,进一步推导了高斯光束通过具有基本结构参数的光学镜头后并返回的一般解析传输公式。结果表明,利用该方法仿真得出的猫眼效应反射光在反向传输过程中的空间分布与实验所得极为相似,证明了应用该物理光学传输分析法研究猫眼效应的科学性。     

偏度与峰度在脉冲激光回波分析中的应用研究

将波形序列做平移处理,并结合其坐标信息可以计算波形的偏度与峰度,两者分别反映了波形的对称性和尖峭程度。在脉冲激光探测中,偏度和峰度可以用于对回波信号的特征分析,目标表面的反射率变化和起伏通常不会引起回波波形偏度和峰度的较大变化,只有当目标表面反射率或起伏出现突变时回波的偏度和峰度才会呈现出较大的值,而且不同突变情况下的回波的两参数的值也是不同的,这为脉冲激光探测的回波特征分析提供了重要依据。     

1.06 μm脉冲激光高倍率变焦的扩束发射光学系统设计

远距离激光主动探测体制对扩束发射光学系统的扩束能力和跟踪适应性能提出了较高的要求。针对1.06 μm YAG调Q脉冲激光扩束发射光学系统进行了具体的分析设计，采用一级折射变焦式和二级离轴反射式相结合的两级扩束系统，可将输出激光束最小发散角压缩到近0.1 mrad，输出光束最大宽度达到130 mm以上，并且在满足一定准直性的基础上，实现了大约1.5~50倍扩束比的高倍率变焦范围，使系统能够满足扫描搜索以及适应距离的远近变化来进行跟踪探测的要求。     

基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法

小面阵APD阵列较低的像元数量限制了其三维成像分辨率。提出了一种基于光学相控阵的提高APD阵列三维成像分辨率方法,用光学相控阵生成与APD阵列像元数量相同且位置匹配的光束阵列并实现扫描。光束阵列中子光束发散角小于APD阵列中单个像元的瞬时视场角,子光束在单个像元视场内扫描实现APD阵列对目标三维信息的多次采集,进而提高APD阵列的分辨率。在Matlab中基于二维标量衍射理论仿真了光束阵列在远场的分布,并分析了子光束发散角与扩展周期数之间的关系。最后采用液晶相位空间光调制器作为光学相控阵器件,结合CCD接收回波信号,进一步验证了提出方法的可行性。     

基于LabVIEW的高性能激光主动探测控制与处理系统设计

设计实现了基于LabVIEW的高性能激光主动探测控制与处理系统,对系统设计基本原理、基本构成和系统架构进行了分析说明,论述了基于LabVIEW多线程和模块设计的激光主动探测控制与处理系统架构具有功能完整、运行高效、扩展性强、稳定性好、人机交互性好等优点。最后利用该系统进行了激光主动探测实验,结果表明:该系统可以实时获取并处理实验数据并进行可视化显示,满足激光主动探测应用需求,为激光主动探测技术应用提供了一种新手段。     

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。     

直方图拟合和亮度判决自适应图像增强算法

激光主动成像能够克服被动成像的缺点在低光照的条件下对目标成像,但是其图像通常受到严重干扰,需要采用增强算法增加图像的对比度和信噪比。不同时间段拍摄的激光图像存在很大差异,文中对夜间和晨昏成像的不同特点进行了探讨,分析归纳了其归类特点和方法,提出了一种基于直方图拟合和亮度判决的自适应激光图像同态增强算法,采用二次函数拟合直方图判定图像拍摄时间,通过亮度函数寻找最佳同态增强阈值,对不同时段拍摄的图像分类处理。实验结果表明,二次函数拟合直方图的判决方式准确率高,自适应同态增强算法能有效提高图像的信噪比,提高图像的对比度。