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。     

基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计

为了缩短热物理激光光斑位置的测量周期,提高热物理激光光斑位置的测量水平,提出了基于计算机视觉的热物理激光光斑位置精确测量方法设计。利用计算机视觉技术计算热物理激光光斑的初始位置,根据热物理激光光斑位置特征的提取流程,完成了热物理激光光斑位置特征的提取;利用热物理激光光斑质心位置与解算值的关系式,得到了热物理激光光斑的估计位置,结合热物理激光光斑位置测量算法流程,完成热物理激光光斑位置测量算法设计;最后通过热物理激光光斑位置的测量流程,实现了基于计算机视觉的热物理激光光斑位置的精确测量。实验结果证明,基于计算机视觉的热物理激光光斑位置测量方法与其他两种方法相比,热物理激光光斑位置的测量周期明显缩短了。     

激光光斑整形算法

为了消除红外激光光斑图像中的后向散射现象或使光斑的灰度分布更加均匀以便于观测,提出了一种基于光斑重心的后向散射抑制算法和一种激光光斑灰度值补偿的算法。基于光斑重心的后向散射抑制算法是在提取光斑重心位置的基础上,确定光斑的半径,最后通过设定的阈值决定图像的灰度值。光斑灰度值补偿算法要在确定光斑边缘点的基础上,计算出光斑中心,再通过光斑的区域能量来修正中心位置并确定光斑半径,最后以光斑中心和半径来矫正光斑区域图像的灰度值。给出两种算法的实验结果及分析,研究证明算法可以基本全部去除光斑图像中的后向散射现象,较好的修正光斑区域的灰度值分布情况,经算法处理后的图像适合应用于进一步的工程实验分析中或是进行实时图像观测。     

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.     

运动目标激光图像获取及后向散射抑制算法研究

基于距离选通的激光主动成像在大气条件下对静止目标成像时具有分辨率高、作用远距离等优点,但是对运动目标成像时,为了跟踪运动中的目标,距离选通门宽相应增加,进而引起后向散射。文中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,提出采用提升小波变换引入同态滤波,将后向散射引起的噪声作为低频成分,利用高通滤波对小波变换系数进行处理。结果表明,提出的算法取得了良好的后向散射抑制效果,基本消除了后向散射的影响,将后向散射噪声在整幅图像中的比例由66%降低到1%以下。     

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。     

激光基准成像测量光斑图像的亚像素检测算法

在激光基准下基于CCD成像身管轴线直线度测量系统中,对激光光斑图像的高精度检测和定位是影响系统测量精度的一个重要因素.为了提高激光光斑图像的检测和定位精度,提出了一种Sobel-Guass拟合算子的激光光斑亚像素边缘检测方法,同时结合最小二乘迭代圆拟合法设计了光斑中心的高精度定位.即:首先用Sobel算子细化边缘,进而在梯度方向上进行高斯函数拟合插值,进一步提高图像边缘位置的检测精度,最后经最小二乘圆迭代拟合后得到激光光斑的亚像素级几何参数,从而使测量系统的精度提高一个数量级.实验结果表明:像素细分后对像素点的定位精度可以达到0.1个像素,亚像素边缘对标志中心的定位精度优于0.03像素.     

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.     

提高外场重频激光光斑测量距离的研究

为评定激光指示器对运动目标的指示精度,通常使用激光光斑测量系统,测量照射在靶标上波长为1.064μm的激光光斑位置。而现用激光光斑测量系统的最大探测距离仅为500 m,需要大幅提高。本文通过分析制约激光光斑测量距离的因素,研究了提高外场重频激光光斑测量距离的技术途径,在选用可精确控制快门曝光的近红外高量子效率摄像机的基础上,设计了快门最优控制策略。在保证激光光斑录取率99.9%的同时,通过控制摄像机曝光时间,将激光光斑图像信噪比提高了约2倍多。外场测量时,对重频激光光斑的测量距离达到了2 000m,满足了对运动目标测量的精度要求。     

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。     

管道三维检测仪的激光光斑位敏探测技术

通过摄像机采集激光光斑在成像屏上的图像并计算光斑坐标变化的方法,来检测地下管线的位置分布以及弯曲变化,具有精度高、响应灵敏等优点。在投影屏边缘处设计了五个固定孔作为尺度定标点,采集激光光斑在管道中移动的投影图像,采用多种数字图像处理方法,获得了五个固定孔投影椭圆的位置以及光斑的位置。此方法比以前检测光斑位置的方法,数据稳定可靠,有助于地下管道的三维分布测试的精度提高。     

激光辐照条件下光学相机像质评价方法研究

倾斜刃边像分析法是调制传递函数评价方法中最常用的方法之一,该方法成像过程中光束透过能量高、实用性强,具有广泛的应用前景。将倾斜刃边像分析法应用于激光辐照条件下相机成像质量评价系统,分析方法可信有效,但需综合考虑刃边倾角度、刃边两侧灰度对比度和背景噪声等影响因素。采用倾斜刃边像分析法计算不同功率密度和光斑位置下系统不同的 MTF 曲线和 MTFA 值,结果表明:当激光功率密度偏小或光斑位置距刃边较远时,刃边对比度和MTF值影响较小;当激光功率密度逐步增大或光斑位置向刃边靠近时,局部MTF呈降低趋势变化,刃边对比度和MTF值影响逐渐增大,干扰效果也逐渐明显,尤其是在光斑覆盖目标时,MTF值无法计算,干扰效果达到最佳。因此,基于倾斜刃边像分析法可实现定性和定量评价光学相机成像质量。基于该仿真结果,建立相应的激光辐照条件下光学相机成像质量测评系统,可为光学相机激光辐照效应实验及其激光干扰效果评估提供技术支持。     

漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。     

高重频激光瞄准系统精度测试方法研究

为满足对激光瞄准系统瞄准精度的测量要求,设计了一套激光瞄准偏差测试系统。该系统定标方法简单,靶标与拍摄系统相对位置固定,能够作为移动靶标测试激光跟瞄移动物体的瞄准精度。该系统能够跟踪高帧频的激光脉冲。通过对激光脉冲能量分布图像的分析确定了图像处理和灰度加权重心法相结合的光斑中心提取算法,提高了系统测试精度。并使用双光楔法对该系统进行了测试,实验结果表明系统对激光光斑中心的定位精度高于0.2 mm。该方法具有较高的工程应用价值。     

光固化快速成形中激光液位检测系统的设计

针对光固化成形系统对树脂液位检测的精度要求,提出了一种基于位置传感器(PSD)技术的激光液位检测方法,该方法采用红光半导体激光器为检测光源,利用激光三角测量原理,通过获取激光光斑在PSD表面的位置变化来检测液位的变化.实践表明,基于该方法设计的液位检测系统能够实现液位的在线自动检测,检测精度达到0.01mm.     

具有亚像素级定位精度的激光三角测距新算法

在以CCD作为探测器的激光三角测距系统中,测距精度主要取决于激光光班在CCD上成像的定位准确性。本文提出一种光斑定位的新算法,采用光班附近一定区域内的所有节点分别进行插值,并分别赋于不同的权值,然后进行加权平均,最终得到光斑的准确位置。该算法充分利用了光班附近的众多信息,避免了单个节点对定位精度的影响,显著提高了定位精度和稳定性。实验证明,可以达到1/10像素定位精度。     

激光化学气相沉积石墨烯聚焦光斑测量研究

激光化学气相沉积(Laser Chemical Vapor Deposition,LCVD)石墨烯制备受聚焦光斑影响很大。实时检测光斑,可实现石墨烯LCVD法可控制备。设计聚焦光斑测量光学系统,提出一种基于圆拟合的改进算法检测光斑中心和半径,计算、标定光斑面积。该方法在圆拟合基础上加入了二值化、形态学处理及连通性判别等预处理方法。实验表明,该方法测得圆心位置与真值误差平均为5.58 pixel,光斑面积与真值误差平均为1.93×10-9 m2,优于传统的重心法和霍夫检测法,具有较快的计算速度和检测精度,可实现LCVD法制备石墨烯实验中聚焦光斑的非接触式测量,且对其他激光加工工艺的质量控制有借鉴意义。     

成像型激光探测系统中光斑精确定位方法研究

为了在探测图像中实现对激光光斑的精确定位,进而达到系统对激光光源精确定向的目的,引入了亚像素检测的算法.并针对小同大小的光斑分别采用了重心法和基于空问矩的综介检测方法.进行了理论分析和实验验证.取得了小同光强下光斑坐标均值和均方差数据。结果表明.这种方法在扩展检测动态范围的基础上可以使激光光斑定位精度达到在0.2个像素以内。这一结果对保证系统对激光源的精确定向是有帮助的。