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.     

蓝绿激光水下成像系统的探测灵敏度分析

为了分析水下激光成像探测系统的探测能力,根据水下蓝绿激光主动成像系统的成像过程,分析了目标与背景的辐射特性、海水后向散射特性、距离选通特性以及激光发射器和接收器的性能,提出了一种基于光束扩展函数(BSF)的探测灵敏度模型。该模型在海水散射系数与衰减系数之比介于0~1的范围内都适用。通过对给定参数的系统进行分析计算,进一步讨论了激光发散角、系统接收口径和图像传感器选通门宽等因素对系统探测能力的影响。结果表明:当选通门宽等于激光脉冲宽度时,系统的探测深度达到最大。模型的建立将为系统设计和系统参量的优化选择提供理论依据。     

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。     

激光主动成像系统同步控制板的设计与实现

激光主动成像系统是以激光为光源,对远、小、暗或者恶劣天气条件下的目标进行照明,利用CCD摄相机接收目标的回波信号最终成像,从而实现对目标的跟踪、探测和识别。为了克服主动成像系统的大气后向散射,提高成像质量,利用单片机和CPLD设计了距离选通同步控制板。利用同步控制板可产生精度为1 ns的选通控制脉冲,实现了激光器与摄相机的同步控制,以时间的先后分开不同距离上的后向散射和目标反射回的有用信号。仿真和实验结果证明:该控制板能确保目标的回波信号刚好在摄相机选通工作的时间内到达摄像机并成像。     

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。     

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.     

远距离激光光斑位置高精度测量方法

为了提高激光光斑位置测量精度,考虑影响光斑测量精度的因素,并对若干关键技术进行研究。为了抑制由于气溶胶散射导致的激光后向散射,研究距离选通技术,提出一种基于四象限探测器的异步距离选通技术;为了削弱大气湍流的随机扰动对激光光斑成像的影响,提出一种改进的盲解卷积事后复原方法,并从数学上证明了该方法的收敛性;为了消除多传感器采集图像之间的差异,提出一种基于目标区域的图像配准算法;还原光斑图像并利用高斯曲面拟合法提取激光光斑的位置信息。实验结果表明,提取到的激光光斑位置精度不大于0.3pixel。     

布里渊散射在水下激光成像探测中的应用

水下光电成像探测是声纳技术的一种有效补充,然而水下激光成像的后向散射效应严重影响了水下光电成像探测的分辨能力与探测距离.基于激光水下传输的布里渊散射理论,分析了蓝绿激光及其布里渊散射水下传输特性,研究了基于光子晶体滤波器的布里渊散射频移检出技术,设计了同步扫描布里渊散射水下成像装置以及距离选通布里渊散射水下成像装置,以布里渊散射频移的空间分布替代场景反射光强度的空间分布进行水下成像探测,高效抑制水下激光成像后向散射噪声,提高成像探测的作用距离.布里渊散射水下激光成像探测机理的探索将为水下目标光电成像探测技术的发展开辟新的途径.     

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。     

2D/3D 距离选通成像的低对比度目标探测

低对比度目标探测在司法取证、反恐维安、远距离监控、搜救等应用中具有重要意义,然而传统二维成像方法则难以对其有效探测。由此,提出了基于2D/3D 距离选通成像探测低对比度目标的方法:通过2D 距离选通成像直接获取目标无背景或背景部分滤除的二维选通图像,从而突显目标,简化目标提取图像处理;当复杂背景无法有效滤除时,可进一步通过3D 距离选通成像重建二维选通图像中丢失的三维空间信息,通过距离图区分目标与背景,实现目标有效探测。在该方法中,3D 距离选通成像是基于上述二维选通图像采用超分辨率三维成像反演实现的,因此无需耗时获取新数据,从而提高了实时性,并压缩了数据量。研究和实验表明:该方法可有效解决低对比度目标探测问题,在低照度及恶劣天气环境下均可有效工作。     

激光主动成像结合距离选通技术的零时信号测量方法

针对火箭起飞过程中零时信号难以准确测量问题,提出了激光主动成像与距离选通技术相结合的测量方式,并通过求取光流的变化进而求取位移移动量获得火箭起飞的零时信号。对现有的零时信号测量方式进行了分析,确定了基于距离选通的ICCD成像方式,结合目标垂直上升的特性,提出目标轮廓与HS光流结合的抗光照干扰算法。实验结果表明:在模拟目标匀速上升过程中,在光照变化不大情况下,单独的边缘检测及单独的HS光流检测算法均能检测出目标的上升趋势;在光照变化剧烈情况下,边缘检测及HS光流检测算法均出现严重的误差,目标轮廓与HS光流结合算法排除了目标内部的干扰,得到的目标像素点位移量与真实的上升量基本一致,误差在亚像素量级,若图像帧频为25 fps,则时间精度为80 ms,完全符合零时信号提取的要求。     

距离选通技术在运动目标激光主动成像中应用

激光主动成像系统已被广泛应用,但是大多系统都是针对静止目标,在实际应用中对运动目标成像时受到限制。文中首先阐述了针对静止目标的激光主动系统,然后分析了运动目标成像时与静止目标的不同,分析了相对运动和固定焦距的光学系统的离焦效应,构建了3种运动目标激光主动成像体制,最后,在对静止目标成像的基础上,采用红外热像仪在大视场内跟踪目标,测距机实时测量距离信息的方式,建立了基于距离选通的运动目标激光主动成像系统。实验获得了距离500 m,运动速度为5 m/s气球运动目标的图像,突破了合作目标及多点定位的限制,为进一步跟踪快速运动目标提供了借鉴,同时也对运动目标激光三维图像的获取与处理研究提供了基础。     

Robust contour tracking based on a coupling between geodesic active contours and conditional random fields

This paper presents a new general framework for contour tracking based on the synergy of two powerful segmentation tools, namely, spatial temporal conditional random fields (CRFs) and geodesic active contours (GACs). The contours of targets are modeled using a level set representation. The evolution of the level sets toward the target contours is formulated as one of the joint region-based (CRF) and boundary-based (GAC) segmentations under a unified Bayesian framework. A variational inference technique is used to solve this otherwise intractable inference problem, leading to approximate MAP solutions of both the new 3D spatial temporal CRF and the GAC model. The tracking result of the previous frame is used to initialize the curve in the current frame. Typical contour tracking problems are considered and experimental results are given to illustrate the robustness of the method against noise and its accurate performance in moving objects boundary localization.     

Moving object segmentation and detection for monocular robot based on active contour model

A novel geodesic active contour model based on optical flow information is proposed to segment and detect the moving object for monocular robots. More specifically, an active contour is formulated using the level set method, which eliminates the need of re-initialisation. The developed scheme alleviates the effect of optical flow noise, increasing the robustness of the detection of moving objects. Experimental results show that this algorithm can successfully track a moving target, e.g. a human being.     

水下二维及三维距离选通成像去噪技术研究

相比传统水下摄像机,水下距离选通成像的作用距离可提高两三倍,同时基于该技术可实现快速高分辨率三维成像,在水底详查、避障导航、海洋科学研究、矿藏开发等方面具有广泛应用前景。虽然距离选通成像可通过空间切片的方式抑制水体的后向散射噪声,实现感兴趣区较高质量的成像,但是,在选通图像中仍不可避免地存在空间切片水体的后向散射噪声,导致图像信噪比和对比度降低,尤其是对于远距离目标或低反射率目标。介绍了针对水下距离选通二维成像及三维成像去噪方面的技术研究。在二维成像方面,一是采用双平台自适应增强算法提高图像对比度,更好地满足人眼视觉要求;二是采用参考水体去噪算法实现含目标图像的水体去噪,提高信噪比。在三维成像方面,针对距离能量相关三维成像,一是利用参考水体去噪算法实现去噪三维重建,二是采用双边滤波法对三维图像中数据空洞进行修复,提高三维图像质量。所述四种方法可独立或联合用于水下距离选通成像的去噪增强,提高水下距离选通成像技术的性能。