离焦状态下“猫眼”效应的实验研究

“猫眼”目标回波功率是激光主动探测系统的重要指标,可用米评估光电装备“猫眼”效应的强弱,并为探测器的优化设计提供参考。分别建立了正负离焦状态下“猫眼”目标回波功率数学模型,仿真分析了离焦量对“猫眼”目标回波功率的影响,利用搭建的激光主动探测系统及倒置的望远系统,实现了离焦状态下典型“猫眼”效应的实验。理论仿真结果与实验...     

光电系统离焦量对其猫眼效应回波功率的影响规律及原因分析

离焦量是决定光电系统猫眼效应回波功率强弱的关键因素。为了分析不同离焦情况对猫眼效应回波功率的影响规律及原因,通过对光电系统猫眼效应几何光学传输模型的分析,推导了包含离焦量的猫眼效应回波功率和等效回波波束球心的表达式,分析了不同离焦情况对回波功率的影响机理,并进行了实验验证。研究结果表明:在离焦情况下,猫眼效应回波波束可以等效为从目标处发出的一束锥状球面波,随着离焦量的增大,该球面波的球心距接收点的距离逐渐增大,因此回波功率逐渐衰减;正离焦时,该等效球面波的球心与接收点位于目标的同侧,负离焦时,球面波的球心与接收点位于目标的异侧,因此,在相同离焦量条件下,负离焦所导致的回波功率衰减程度比正离焦时更大;实验结果验证了这个结论。     

"猫眼"目标回波功率的影响因素分析

光电系统广泛存在着所谓的"猫眼效应",针对"猫眼"目标的反射特性,建立了正负离焦时"猫眼"目标回波发散角数学模型,采用几何光学方法对正入射条件下具有"猫眼效应"光学系统的回波发散角进行了推导,总结出离焦条件下"猫眼"目标的回波功率计算公式,分析了各因素对"猫眼"目标回波功率的影响,并对理论分析的结果进行了验证.结果表明:"猫眼"目标的回波功率受发射激光参数、大气透过率、"猫眼"目标光学系统参数等诸多因素影响,其中压缩激光发散角、提高发射功率能够显著增强回波功率,增加大气能见度和"猫眼"目标反射面反射率同样增加回波功率,而离焦量的增大则会引起回波功率的衰减.     

基于APD的“猫眼”目标主动探测系统信噪比分析

信噪比是表征激光主动探测系统性能的重要指标,通过分析雪崩光电二极管(APD)的噪声来源和离焦“猫眼”目标回波功率,建立了APD探测器的信噪比模型,分析了离焦量、目标距离、激光发散角对APD探测器信噪比的影响,并进行了数值模拟分析,结果表明:离焦量的增大会引起“猫眼”目标回波功率变小,进而使APD探测器信噪比减小;“猫眼...     

斜入射条件下“猫眼”目标回波功率分析

建立了斜入射条件下"猫眼"目标回波功率的计算模型,在此基础上建立了非离焦和离焦两种情况下"猫眼"目标反射的几何模型,推导出非离焦和正负离焦条件下入射角的变化范围,引入有效接收面积概念,得到了正负离焦引起的"猫眼"目标的回波发散角和有效接收面积,得到了斜入射条件下"猫眼"目标的回波功率计算公式,对入射角和离焦量对"猫眼"目标回波功率的影响进行了数值模拟.结果表明:入射角和离焦量的共同作用引起"猫眼"目标有效接收面积和回波发散角的改变,进而引起反射光场能量分布的变化,只有满足特定条件的入射角才能产生回波功率,入射角和离焦量的增大引起回波功率的减小,其中离焦量的变化对回波功率的影响作用显著,当入射角和离焦量都为零时接收到的回波能量最强.     

减弱激光回波的隐身技术

针对激光主动探测技术对光电装备造成的探测威胁,提出了一种基于减弱猫眼效应的隐身技术。以夜视仪物镜为例,运用矩阵光学追迹法对这种隐身技术作定量分析,并用实验进行验证。研究结果表明:猫眼效应回波强度容易受到侦察环境和系统装配误差等因素的影响,例如:光敏面倾斜、离焦。因而,在有限改变光电设备光学结构及降低成像质量的前提下,人为地的制造一些装配误差可以减弱系统的猫眼效应,从而达到隐身的目的。这一技术能有效减少自身在军事对抗中被敌方侦察打击的概率,具有一定的军事参考价值。     

影响激光主动探测效能的机理研究

利用猫眼效应可对光电装备进行主动探测。面对环境的复杂性,寻求提高主动探测效能的方法尤为重要。建立猫眼效应分析模型,分析影响猫眼效应回波效能的作用机理,利用入射角,离焦量等参数推导出回波能量平均照度表达式,分析制约主动探测能力的因素从而寻求提高探测概率的方法,并利用FRED进行仿真。研究表明：离焦量产生回波发散角降低回波能量;微量的入射角在不改变有效通光口径的同时可以降低回波发散角;利用探测激光波长和发散角可以弥补猫眼系统固有的离焦量从而提高探测能力;仿真结果证实了这个结论。     

利用介质膜高反镜实现“猫眼”目标有效隐身

针对激光主动探测系统的主要工作波长为1 064nm,提出了一种利用介质膜高反镜实现"猫眼"目标隐身的方案。利用单波长介质膜高反镜的反射率特性,将介质膜高反镜与"猫眼"目标光轴以一定角度装配,推导了加载介质膜高反镜的理想"猫眼"目标回波功率模型,并给出了典型算例。通过实验方法分析了介质膜高反镜的反射率特性,修正了45°激光入射角的平均反射率值。典型"猫眼"目标的外场实验表明,在有限"牺牲"成像质量的前提下,介质膜高反镜可大大降低"猫眼"目标的"猫眼"效应,实现光电装备的有效隐身。     

“猫眼”效应在激光干扰效果实时评估中的应用

为了对非合作条件下激光干扰效果进行实时评估,根据“猫眼”效应形成原理,提出一种利用猫眼回波强度来评估激光干扰效果的新方法。分析了激光入射角、激光发射功率与距离对“猫眼”回波功率的影响,研究并实验验证了“猫眼”回波功率与光电成像系统被激光干扰效果之间的关系。结果表明,“猫眼”回波功率受激光干扰距离和干扰激光入射角影响最大, 当对抗反坦克导弹时,回波探测器离激光源的距离超过50m, 回波功率和干扰持续时间显著下降,可见“猫眼”效应原理用于激光定向干扰效果实时评估是可行的。这一结论对激光定向干扰设备技术研究具有一定的参考意义。     

激光斜入射条件下“猫眼”效应的实验研究

"猫眼"目标回波功率是激光主动探测系统的重要指标,可用来评估光电装备"猫眼"效应的强弱,并为探测器的优化设计提供参考。依据所建立的斜入射条件下"猫眼"目标回波功率数学模型,仿真分析了入射角对"猫眼"目标回波功率的影响,利用搭建的激光主动探测系统对典型"猫眼"目标进行了实验研究,理论仿真结果与实验结果表明,激光在有限斜入射条件下,"猫眼"目标回波功率将随入射角的增大而迅速下降,并很快湮没于噪声之中。这为进一步研究基于"猫眼"效应的激光主动探测适用条件提供必要的实验依据。     

外场微光像增强器成像效果对比评测方法与系统

以像增强器为核心成像器件的微光夜视技术一直是国内外重点发展的关键技术,广泛应用于军用夜视领域。直接对比分析不同型号像增强器输出图像特性的评测方法是评价像增强器成像性能最为直观的重要维度,但由于像增强器为直视型成像器件,带来野外实验光路搭建、多路视频同步录制、不同外型尺寸像增强器适配性等多方面的挑战。因此,本文研究了外场微光像增强器成像效果对比评测方法,研制了包含双像增强器成像光路、低照度CMOS成像光路与激光测距机的光轴平行对比评测系统,可实现同时观察和多路像相机的成像数字视频的采集;系统可便捷地适配安装多种不同外型尺寸、不同供电方式的典型像增强器,同时包含激光测距功能,可测量观察目标的距离;在上位机软件中集成多个无参考图像质量评价指标,可通过数字图像处理技术辅助观察者判断不同型号像增强器成像效果的优劣。实际外场测试实验表明测评系统方便可行,能够反映不同成像光路的成像效果,可反馈指导像增强器生产制造工艺的进一步优化,促进微光夜视技术的发展。     

参考光为平面波和球面波时焦距检测对比研究

为了研究参考光波面形状对于测量透镜焦距值的影响,采用数字全息的方法进行了理论分析和实验验证。通过在两种色光下进行实验,分别测量出参考光为平面波和球面波时的焦距值,并与标称值和理论计算值进行了比较。结果表明,当参考光为平面波时,测量到的透镜焦距值与标称值和理论计算值相对误差在5%以上; 而当参考光为球面波时,与两者的相对误差均在2%以下,因此当参考光为球面波时所测量的焦距值精度更高; 通过计算得出这两种参考光所测量的焦距值都在理论焦深范围内,故利用测量焦距值对全息图进行重构时所获得的再现像与用标称值和理论计算值所得到的再现像质量相当。这一结果对测量透镜焦距值和数字全息图重建方面有一定的帮助。     

384×288非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计

在分析了法国ULIS公司的384×288元的长波红外非制冷微测辐射热计UL03191结构、性能及工作参数的基础上,针对该探测器数字与模拟两种输出模式设计了基于CPLD驱动电路。通过使用所设计电路采集黑体辐射的光信号转换成12位灰度图像来测试电路工作性能、成像质量和噪声特点,比较两种模式的测试结果,得出采用数字输出模式设计的电路具有体积小、功耗低及成像噪声小等特点。同时,设计了基于ADN8830单芯片热电制冷器控制器的温度控制系统,该系统设置电压由CPLD控制,可实现焦平面阵列根据环境温度变化采用不同工作温度点工作,从而较好的改善探测器工作性能和成像质量,降低探测器功耗。     

非相干光自干涉数字全息成像技术研究

采用了一种基于Michelson干涉仪的非相干光自干涉数字全息成像系统,利用该系统记录了USAF1951分辨率板、洋葱表皮细胞、草本植物茎横切的全息图,采用三步广义相移法对所记录的全息图进行数值重建,消除零级像和共轭像后,获得了高分辨率的重建像。重建后的USAF1951分辨率板的第九组第三线对可以清晰地被看到,分辨率可达645 lp/mm。通过分析重建图像质量与衍射距离的关系,研究衍射距离对重建图像质量的影响。通过对头发全息图的重建,证明了该系统可以实现对三维物体全息图的记录和重建。     

A novel inspection of fiber post-weld-shift in butterfly laser module packaging

Butterfly packaging technology with a fiber pigtail is widely used in packaging optical modules, and laser welding is used to join components in a butterfly package. During laser welding, the rapid solidification of the welded region and the associated shrinkage of material are expected cause relative movement between prealigned components. Such a post-weld-shift (PWS) might significantly reduce the efficiency of light coupling. The laser hammer technique can be used to realign fiber that shifts during laser welding, and it requires that the fiber shift be measured in three directions. Measuring the shift along the Y axis is difficult because space is limited. In this paper, a reflector placed near the fiber during laser welding was used to determine the shift along the Y-axis. The fiber images obtained using the charge-coupled device (CCD) camera were sometimes deformed, so digital image processing was used to calibrate the deformed images and calculate the fiber shift along three axes. The experimental results indicate that the fiber shift along the Y-axis, when captured using reflector inspection could be measured precisely, and more strongly influenced power coupling loss than shifts in the other two directions. The results are useful in implementing the realignment method after butterfly packaging.     

空气中激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验(Ⅱ)

为了研究大气条件下,正焦移距离对冲量耦合系数的影响,采用能量为15.7(16%)J 的激光脉冲聚焦于铝靶前端,通过改变激光焦点距离靶面的位置,获得了冲量耦合系数与正焦移距离的对应关系。结果表明脉冲激光在与大气环境中的铝靶相互作用时,靶面通过能量转移获得的冲量耦合系数与激光焦点距离靶面的位置呈非单调性变化。焦移距离在从0~20 mm 之间变化时,获得的冲量耦合系数从4.4810-5 Ns/J 连续下降到1.6810-5Ns/J,随着焦移距离的进一步增大,冲量耦合系数在20~35 mm 间呈缓慢上升趋势,在35 mm 处升至2.2110-5 Ns/J 后转而下降,在45 mm 处降至1.9110-5Ns/J。文中采用大气中激光支持爆轰波与固体靶面相互作用的二维模型对上述物理过程进行理论计算,获得了与实验结果较为一致的结论。     

A multi-exposure fusion framework for contrast enhancement of hazy images employing dynamic stochastic resonance

Current imaging devices coupled with advanced hardware and software are smart enough to enhance low light images taken in clear weather. But in hazy or foggy environments, the captured images are of degraded quality. To address this issue, image processing algorithms are employed to enhance the degraded images to make useful for extracting meaningful features. In this study, we propose a haze removal algorithm to improve the color and contrast of images captured in hazy environments. The first step involves generation of images with various exposures using the theory of dynamic stochastic resonance. The images are then fused in a multi-scale fusion framework crafting weight maps viz. haze density, chromaticity, and luminance gradient. The fusion process focuses on uniformly enhancing the dark and bright regions of the image. However, it may overemphasize haze affected regions. Therefore, in the second step, the atmospheric scattering equation is referred and its modified version is applied that accomplishes the haze removal task. Quantitative and qualitative analyses demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

Reducing chemical shift artifacts in MRI in time-varying gradients

An image processing algorithm to reduce chemical shift artifacts in MRI (magnetic resonance imaging) with time-varying gradients and to obtain the chemical shift images without increasing the imaging time is presented. It is known that when both gradients in two directions of the imaging plane are time-varying, such as in the spiral-type scanning MRI, the chemical shift artifacts appear as a blurred image. The artifacts cannot be neglected, since the total power of the out-of-focus point spread function (PSF) for the blurred image equals that of the in-focus PSF. The proposed algorithm separates the chemical shift images by iteratively estimating the artifacts under an a priori constraint that the original images should have a real and nonnegative value. Computer simulation results show that the average amplitude of the artifacts can be reduced significantly after several iterations, and that the algorithm works well even when the observation noise exists.     

光强传输方程与图像插值融合的相位恢复

光强传输方程作为典型的相位恢复技术,在已知待测面光强分布与光强轴向微分时,可以通过求解该方程直接得到待测面的相位分布。强度微分可以通过采集沿传播方向的不同散焦面的光强信息以计算强度差分来估计,由此,散焦面的适当选择变得尤为重要。将光强传输方程与图像插值法相结合,在几何光学模型下描述采集的散焦面光强分布与聚焦面光强分布之间的关系,再利用图像插值法计算出模糊参数不同的散焦面的光强分布,由新得到的散焦图和采集的聚焦图代入光强传输方程以计算出相位。该方法只需要采集三幅强度图像,即可计算获得其他位置的强度图像,避免了采集设备的多次移动,也为某些特殊情况下无法获取适合位置的强度图像提供了一种解决途径。实验中搭建了一个实际的光强图像获取系统,所得结果验证了所提算法的有效性。     

A Novel Character Segmentation Method for Text Images Captured by Cameras

Due to the rapid development of mobile devices equipped with cameras, instant translation of any text seen in any context is possible. Mobile devices can serve as a translation tool by recognizing the texts presented in the captured scenes. Images captured by cameras will embed more external or unwanted effects which need not to be considered in traditional optical character recognition (OCR). In this paper, we segment a text image captured by mobile devices into individual single characters to facilitate OCR kernel processing. Before proceeding with character segmentation, text detection and text line construction need to be performed in advance. A novel character segmentation method which integrates touched character filters is employed on text images captured by cameras. In addition, periphery features are extracted from the segmented images of touched characters and fed as inputs to support vector machines to calculate the confident values. In our experiment, the accuracy rate of the proposed character segmentation system is 94.90%, which demonstrates the effectiveness of the proposed method.