激光云粒子成像探测仪研制

为了研究云粒子微观特性, 采用激光成像技术、高斯光束匀化处理技术、高分辨率阵列探测器以及图像抽帧还原算法, 研制出激光云粒子成像仪。通过地面模拟测量及实际飞行试验, 对仪器性能进行了测试。结果表明, 研制仪器可实现对25 μm~1550 μm云粒子的成像, 分辨率为25 μm, 粒径测量误差小于9.5%;实测的冰晶粒子形态符合云粒子自然分布规律, 粒子尺度谱符合指数分布, 决定系数在0.58~0.97之间。该研制仪器可为云降水微物理研究提供基础观测数据。     

基于光电二极管阵列的成像测量系统设计及其应用

为了实现在机载条件下对降水粒子进行成像测量,设计了一种基于光电二极管阵列的成像测量系统。该测量系统由光学系统、硬件系统和软件系统三部分组成,其中光学系统可实现激光光束整形和对粒子进行成像;硬件系统则由前端信号调理电路和FPGA控制电路两部分组成,主要实现粒子图像信号的采集与处理;软件系统则包含下位机软件系统和上位机软件系统两部分,可实现对粒子图像的压缩、显示和存储。室内标定实验结果表明,系统探测的分辨率为60um,可探测粒径范围是60um～7400um;外场飞行试验表明,所设计的系统可满足在机载飞行条件下对降水粒子进行成像测量的要求。     

机载激光成像技术新进展

详细介绍了机载微脉冲激光成像技术的最新研究进展,并以机载远程目标探测与识别为应用背景,对机载微脉冲激光成像原理进行了理论研究,对比分析了在高分辨率成像系统中采用多通道计数器的单光子探测阵列的优点,着重分析了单光子探测和/或接收器死时间及其对信号探测、测距精度、距离分辨率的影响等关键技术.研究结果表明:与传统的高信噪比激...     

激光干涉粒子成像乙醇喷雾场粒子尺寸和粒度分布测量

研究了一种基于激光干涉粒子成像(IPI)技术的粒子尺寸测量方法。该方法是利用粒子散射光在成像系统离焦像面上所形成的干涉条纹图,采用小波变换和模板匹配提取条纹图像中心,利用傅里叶变换和修正Rife方法提取干涉条纹间距/条纹数,进而计算得到粒子尺寸大小,其测量精度可达到亚像素精度。对51.1μm的标准粒子进行了测量,粒径测量值为(49.79±0.41)μm,绝对误差1.31μm,并应用于乙醇雾场粒子测量,给出了沿x方向和y方向不同测量点处的瞬时雾场粒子的粒径分布、平均粒径以及索太尔平均直径(SMD)。     

机载与星载激光探测技术及其应用

机载和星载激光探测技术近年来在国内外取得了长足的进展,在科学研究和国民经济发展中起到了重要作用。基于我们的研究工作,重点讨论机载对地观测激光三维成像技术、目标的激光探测数据处理技术、月球探测激光高度计。在此基础上,对未来空间激光探测技术的发展进行展望。     

采用条纹管激光成像系统的偏振成像实验

采用条纹管激光成像系统的激光偏振成像是对现有的条纹管激光三维成像的进一步延伸,如果在充分利用该成像系统获得的强度像和距离像的基础上,再加上偏振信息,则能实现对目标高精度的探测和识别.对采用条纹管的激光偏振成像进行了初步的实验研究,提出了两次测量的偏振成像实验方法,处理了实验中获得的几种特定目标的条纹图像,得到了目标的强度像和偏振度图像,并进行了比较.结果表明:偏振度图像比强度像对比度高,克服了光源辐照不均匀的缺点.证实了偏振成像的可行性,为完善成像实验系统,提出了用一次测量就能完成偏振成像的实验方法,融合强度像和偏振度图像的处理方法将实现对目标更高精度的探测.     

纳秒激光诱导透射元件粒子喷射的分布特征

光学元件在高能量激光辐照下将发生激光损伤,损伤过程伴随着材料破裂、结构崩塌和粒子喷射,而向外喷出的粒子将影响周围光学元件的激光损伤性能。搭建了双光束泵浦探测成像系统,获得了激光诱导透射元件粒子喷射的瞬态图像,并根据粒子接收板的统计数据,获得了喷射粒子的空间分布、粒子尺寸和出射角度特征。同时,针对不同激光能量、不同的粒子接收距离以及真空度,对喷射粒子分布的影响因素进行了研究;此外,还结合能谱仪对激光诱导金属膜喷发后的分布规律、不同金属元素在大气与真空环境中的喷射行为进行了对比分析。实验结果表明:透射元件在激光作用下喷发出微米尺寸的粒子形态,金属膜的喷发主要以原子态或熔融液滴为主;粒子在最终接收板上的分布特征主要受初始条件的影响,而真空环境影响相对较小;不同薄膜制备工艺对金属膜的喷发特征影响较为明显。     

机载测云雷达探测模式分析

毫米波相对微波来说,其波长更短,对云雾等细微粒子具有更强的散射特性。利用其这一特点可以更好地探测云雾等目标。机载毫米波测云雷达是以高机动的飞机作为搭载平台,并可根据载机平台的飞行高度采用不同的探测模式,直接进入试验区域实现大范围的云雾探测。近年来,我国已经研制出Ka波段、W波段测云雷达,包括固定式、车载式、机载式产品。根据当前国际上典型机载毫米波测云雷达技术参数,结合我国采用的载机特点,探讨机载测云雷达探测模式,并进行简单分析和说明。     

机载红外/电视成像跟踪系统关键技术研究

机载红外／电视成像跟踪系统的基本原理决定其技术关键是在传感器的成像平面上实现对目标的探测，测量和跟踪。本文从目标运动的描述出发，深入研究了成像系统调制传递函数与相对孔径的关系，目标辐射的探测和跟踪。     

基于SOMP的机载无源宽角SAR成像算法

针对机载无源宽角合成孔径雷达(SAR)在探测过程目标散射特性随观测角度变化的问题,在建立机载无源宽角SAR信号模型的基础上将成像重建过程转换为求解多测量向量的联合稀疏优化问题,并在分布式贪婪稀疏重建方法框架下提出一种基于同时正交匹配追踪的机载无源宽角SAR稀疏成像算法,能够实现对地面探测目标的准确稳健成像。仿真数据处理结果验证了所提成像算法的有效性和准确性。     

前向散射粒径探测器测量不确定度的校准

为了对粒径探测器的测量不确定度进行校准,基于衍射原理方法,研制了一套小孔圆盘校准装置。该方法对米氏散射与夫琅禾费衍射的功率进行计算和模拟,得到了衍射针孔孔径与气溶胶粒径转换的关系。通过该转换关系,计算得到校准装置的参量,并进行了理论分析和实验验证。通过实验将标准粒子的测量不确定度传递给云粒子粒径探测器,再通过旋转针孔圆盘进行实验,将测量不确定度传递给校准装置。取得了该校准装置的校准实验数据,验证了理论分析的正确性。结果表明,该校准装置效率高、校准方案的可行性好、校准范围大、测量离散性好、重复性高。这一结果对粒径探测器的校准技术研究是有帮助的。     

基于模式分类的喷嘴料液雾滴速度测量研究

测量烟叶加料过程中料液雾滴喷射后的速度变化,为烟叶加料均匀性的评价提供有效数据。实验从喷嘴的轴向面采集喷出的雾滴图像,对采集到的图像进行预处理和图像分割,采用模式分类对分割出的雾滴分类,根据高速相机成像的测量方法计算出每一类雾滴的速度。研究结果表明,由模式分类统计出的数据,其准确率达到95.65%,使用该数据计算出的速度误差为4.6%,两项数据均在规定范围之内。使用高速摄像机获取图像,采用软件计算出雾滴速度,与早期实验方案相比,降低了测量设备价格,实现低成本测量;模式分类的测量方法准确率较高,为后续加料均匀性分析提供可靠的数据,且效率更高,同时为数据测量的智能化打下基础。     

倾斜影像辅助的无人机载LiDAR高陡边坡形变监测

针对高海拔峡域地形地貌环境下基于轻小型无人机载LiDAR对高陡边坡激光点云扫描数据缺失导致DEM重建及形变分析精度低的问题,优化设计了一种垂直于山脊线、变高飞行的无人机点云/多视影像数据采集,以及影像密集匹配点云辅助下LiDAR三维激光点云的滑坡群DEM重建方案,实现了复杂地形地貌下LiDAR点云数据安全、高效的采集,改善了高陡边坡DEM重建及形变监测的精度和完整性。该方法基于迭代最邻近点算法,将倾斜影像生成的点云数据与同期获取的LiDAR点云数据配准和融合,实现了LiDAR点云数据缺失补偿,进而构建出完整、高精度的DEM,并与往期倾斜影像生成的DEM进行差分,对三个典型滑坡体进行了高程形变分析。以青海龙羊峡水电站的高陡边坡滑坡群为研究区,利用实测的GNSS地面控制点进行实验验证,得出结论：融合后的LiDAR点云精度为0.063 m,比融合前提高了0.018 m;重建的三个典型滑坡体的DEM高程精度为0.08 m,提升了边坡DEM重建的完整性和精度;对三个典型滑坡体2018、2021年两期高程形变分析,表明：滑坡群中多个边坡发生不同程度的土体滑动,高程方向的形变高达50多米,滑坡群形变...     

基于C++的距离选通激光成像雷达系统软件设计

本文基于C++编程语言设计了距离选通激光成像雷达三维点云实时成像软件.软件以距离选通激光成像雷达成像原理为基础,实现了激光器和延时器的时序控制、点云数据的高速处理、滤波去噪以及三维图像的实时显示.基于自研硬件设备,利用本文设计的软件,对距离为700 m的建筑进行了三维成像实验.实验过程中,该软件能够实现多参数实时控制及...     

基于自适应云粒子群算法的造影图像增强

针对造影图像增强现有算法的不足,采用自适应云粒子群算法.首先,由云模型产生云滴,确定云的特征值;接着正向云发生器产生粒子,基于粒子个体适应值把种群分3个云子群,且分别采用不同惯性权重的调整策略,自适应算子使权重随着粒子适应度值的减小而减小,从而实现了较优粒子取得较小的权重,在适应度最大时并非绝对的零值,从而提高了避免陷入局部最优的能力;最后,造影图像通过对数灰度变换增强,把求最佳的参数组合问题转化为自适应云粒子群算法寻优问题.实验仿真证明,在云隶属度大的地方图像像素的灰度域比较集中,增强效果边沿清晰.     

高分七号星载激光测高仪在轨几何检校与精度评估

高分七号卫星（GaoFen-7, GF-7）搭载了我国首台正式用于对地观测的星载激光测高仪,其测高精度备受国内外关注。文中系统性介绍了基于地形匹配、单片足印影像以及地面探测器阵列的3种检校方法,并利用同一地区GF-7星载激光数据,分别进行不同检校试验与验证,对比和分析3种不同检校试验后GF-7星载激光测高仪的高程测量精度。结果表明,基于地面探测器阵列的检校方法精度最高。以高精度机载LiDAR点云作为地面验证数据,GF-7星载激光测高仪经检校后波束1精度达到0.177 m,波束2为0.157 m;受限于检校所用的参考数据精度不足,其他2种检校方法精度相对较低,测高精度达到0.8 m。     

直方图在显微热成像微扫描位置标定中的应用

为提高显微热成像系统微扫描装置位置标定精度,提出了一种基于直方图统计拉伸显微热图像细节增强的傅里叶变换微位移检测方法。该方法针对显微热图像直方图特点,通过直方图统计拉伸改善图像对比度增强细节,以此提高基于傅里叶变换平移特性的微位移检测准确度,从而提高微扫描位置的标定精度。基于此方法进行了图像增强前后的位置标定和图像重构对比实验,实验结果表明:经直方图统计拉伸细节增强后的位置标定更精确,重构的图像质量更高,细节更丰富。     

视频卫星在轨相对辐射定标方法

视频卫星利用敏捷姿态性能对地凝视成像,实现对目标的动态监测。为了消除视频卫星获取时序图像中由探测元件响应差异引起的非均匀性,获得清晰的图像和准确的辐射信息,需要针对视频卫星传感器进行相对辐射定标。由于成像机理不同,基于统计的在轨辐射定标方法并不适用于视频卫星,提出采用均匀场景的视频卫星在轨相对辐射定标方法,分别对云层、海洋和沙漠三种典型的均匀场景进行凝视视频成像,解算相对辐射定标系,其中,沙漠场景的处理取得了较好的相对辐射定标系数,校正吉林一号视频单帧影像。该方法能够有效修复图像缺陷,图像的非均匀性由3.7%降低至1.2%。     

机载毫米波测云雷达定标技术

作为云探测的主要遥感手段,毫米波测云雷达能够为云宏微观 参数的反演提供及时、准确和可靠的信息。毫米波云雷达探测器定标技术研究不仅能够 充分发挥其观测数据的使用效益,而且还可以提高观测质量。尽管毫米波测云雷达内定标系统具有 对主要工作参数进行自动检测和对探测结果进行修订的功能,可以保证探测结果的稳 定性和真实性,但是内定标系统并没有考虑天线特性以及不同部件之间的相互影响。 因此,针对外定标技术的研究工作显得尤为迫切。在国外机载毫米波测云雷达外定标实验 的基础上,介绍和分析了外定标技术,并拟制了外定标技术流程,为将来我国自行开展 机载外定标实验提供了参考和借鉴。