激光水下距离选通成像门控实验研究

激光水下距离选通成像系统要想获得有效的目标图像,必须精确地给出合适的触发信号和控制接收器ICCD的门控延迟时间和选通门宽等门控参数。针对这一关键问题,设计了不存在成像距离盲区的激光器电源提供源触发信号的外触发方式,并应用二分查找的方法确定成像系统的门控参数,利用实验确定的门控参数,获得了5至23m水下不同深度的有效目标激光图像48张。获取的水下激光目标图像的信噪比可达10dB以上,可满足目标探测的实际应用要求。     

后向散射对激光水下成像的影响研究

为研究后向散射对水下成像的影响,采用辐射传输理论建立了激光水下成像后向散射理论模型,提出了表征后向散射对目标识别影响程度的水下成像后向散射影响系数,给出了距离选通成像后向散射功率及后向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析,得出了水下成像后向散射随探测水深及水衰减系数的变化规律,证明了考虑后向散射对成像质量的影响时,水衰减系数远大于探测水深的影响,说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。     

水下激光引信探测及距离选通技术研究

以鱼雷用激光引信为应用背景,根据激光束在水中的传输特性和常规激光引信的原理结构,确定了水下激光引信的基本结构.为消除水下环境中后向散射光的影响,接收系统采用距离选通接收技术,选通电路采用CPLD芯片来实现,不仅减小了系统的体积、降低了功耗,而且提高了系统的实时性.     

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。     

激光水下成像技术及其进展

介绍了近年发展起来的三种主要的激光水下成像方法，即常规水下激光成像、高分辨率水下激光三维成像和偏振激光成像，分析了它们各自的工作原理、特点以及各自的发展状况。     

距离选通水下激光成像作用距离简化核算方法

距离选通水下激光成像技术通过控制成像模块的阴极快门时间,从时域上屏蔽大部分可进入成像模块的光信号,能有效抑制水体后向散射对激光成像系统探测性能的影响,提高作用距离。距离选通水下激光成像设备的作用距离与水质条件有关,文章给出了一种关于作用距离的有效简化计算方法,根据该方法,可得出设备在不同水质的作用距离。     

水下激光成像距离选通同步控制电路设计

在水下激光成像系统中,由于复杂的水下环境对激光传输的影响较大,为了更加有效地实现距离选通功能,该同步控制电路的设计选用高性能的Altera Stratix III系列的FPGA.电路分为距离延迟和门延迟2个模块,创新地将激光测距思想加入距离延迟模块中,解决距离延迟时间较难精确获取的问题,并且在考虑各种延迟的情况下输出精确的选通脉冲.仿真结果表明,距离延迟时间和ICCD门延迟时间可精确到2ns,误差最大为1ns.     

水下光电成像技术与装备研究进展(上)——水下激光距离选通技术

激光距离选通成像技术是当前国内外不断发展且应用有效的水下光电成像技术之一,国外20世纪90年代后陆续公开了一些水下光电成像探测系统和实验结果.结合海洋资源勘探、水下救援和侦察等应用领域的需求,全面介绍并对比分析了当前国内外典型水下激光距离选通成像装置和性能水平,讨论了其技术特点,对水下激光距离选通成像技术的发展和装置应用具有意义.     

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。     

水下激光距离选通三维成像方法

基于水下距离选通激光成像技术,利用选通成像中回波强度相变化特性中包含的距离信息,提出了一种针对水下目标的三维成像方法。结合实验室现有的水下距离选通激光成像系统,对15 m处的水下目标进行了三维成像。这一方法有效抑制了水下成像系统中存在的目标表面材质、水体衰减以及目标各点法线方向与入射激光脉冲方向夹角不同等因素对于三维成像造成的不良影响,同时仅需要从单一方向对目标进行成像,减少了所需图像采集的次数,简化了三维重构的过程。     

基于DM642的激光水下图像处理系统设计与实现

搭建了一种距离选通激光水下成像系统,分析了水下光电图像的特点,采用DM642数字信号处理芯片为核心设计了数字图像处理系统,给出了利用平台直方图均衡化实现水下图像增强算法原理以及该算法在设计的图像处理系统中的实现方法,并给出了利用该方法对水下25 m和40 m处目标所成图像的处理结果。实验结果表明,利用文中搭建的距离选通水下成像系统和设计的图像处理系统可以有效实现对水下目标的成像探测并能提高目标图像的对比度。     

水下高重频激光测距系统设计与实现

高重频水下激光测量系统可实现对水下小目标高精度探测,是实现海底地形地貌测绘、无人潜航器避障的基础。为实现对水下渔网、三角锥等弱小目标的高精度探测,设计了一款小体积、高精度的高重频水下激光测距软硬件系统。通过对APD的实时信号响应能力、光谱灵敏度等重要性能参数的研究,设计并实现了基于SAE500VSM光电探测器的高增益激光接收硬件电路。开展了水下不同距离的激光测距探测实验,结果表明,高重频激光测距系统能够对水中小目标进行有效探测,探测精度为15cm。     

同步扫描水下激光成像的角分辨率极限

同步扫描水下激光成像技术是一种能有效抑制后向散射的水下成像技术,它采用高度准直的激光束照明水下目标,通过扫描扩展横向视场,结合载体的纵向运动得到目标的二维灰度图像。建立了目标反射率的一维理论模型,通过该模型分析了激光发散角和采样角对同步扫描水下激光成像系统角分辨率的定量影响。结果表明,若激光发散角为δ,并以对比度衰减至原始目标的0.2倍为下限,则系统的角分辨率可达0.6δ。     

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。     

一种小型水下连续光成像系统设计

设计了一种小型水下连续光成像系统,主要用于小型水下载具或潜水员提高水下视觉能力。该系统以多片大功率LED为光源,以CCD为接收器。为改善图像质量,在分析连续光照明条件下水下图像特点的基础上,使用了一种基于模型法的图像处理算法,并在以DM642为核心的嵌入式图像处理平台上实现。系统进行了室内水池和外场实验,结果表明:针对黑白条纹靶板,系统的极限探测距离达到2.3倍衰减长度以上;图像处理算法能较好适应多种背景和系统结构变化,有效提高图像对比度、突出目标细节。     

同步扫描水下激光成像系统的蒙特卡洛仿真及优化

针对水下激光同步扫描三角测距成像系统受水介质散射和吸收影响导致作用距离减小、目标反射点图像质量变差等问题,从辐射传输理论出发,采用蒙特卡洛方法建立水下激光传输的随机模型,利用TracePro软件进行光线追迹仿真,得到反射点图像相对散射光背景的对比度。探讨了目标距离、激光光强、基线距离、物镜口径等改变对对比度的影响关系,从而对水下激光同步扫描三角测距成像系统参数作了优化设计。最后从系统实际情况和需要出发,确定激光光强1 W,基线距离250 mm,成像物镜50 mm/F2,确保在7.5 m距离范围内,有较好的目标反射点图像对比度,从而保证了同步扫描三角测距原理的实施。