脉冲激光测距机靶标调向光轴平行性检测方法研究

提出一种基于靶标调向装置的脉冲激光测距机光轴平行性检测方法。靶标十字分划中心分别与脉冲激光测距机白光瞄准光轴十字分划中心和激光发射光轴光斑中心对准,通过读取码盘数据计算光轴平行性误差。该方法操作简单,能够实时定量地检测光轴平行性误差,有效地提升了检测精度,实现了光轴平行性检测的数字化、自动化。     

光电跟瞄系统瞄准精度测试技术

为了提高多传感器光电跟瞄系统瞄准精度,提出了多传感器光电跟瞄系统瞄准精度测试的3种方法:像纸法、CCD法和靶标法。系统采用宽光谱大口径平行光管,结合光电跟瞄系统的激光、红外和电视分系统,实现激光与红外/电视瞄准线高精度测试。详细介绍了每种测试方法的工作原理和主要误差来源,建立了实验测试环境,分别用像纸法、CCD法和靶标法对同一光电跟瞄系统红外、电视、激光传感器的瞄准线之间的偏差进行了测试和误差分析。结果表明,靶标法测试误差源少,精度能够达到4″,适用于高精度光电跟瞄系统瞄准精度测试。     

远场激光瞄准过程中光束扩展的影响分析

基于修正的Von Karman湍流谱和Hufnagel-Vally湍流模型上的近似积分理论,结合一种激光光轴瞄准偏差测试系统,利用激光光斑远场实验数据,在一定气象条件下,研究了不同传输距离和波束扩展的变化关系,进而分析了高斯脉冲光束在湍流大气中远场传播时的波束扩展对激光瞄准精度的影响。该研究可为激光光斑瞄准偏差补偿方案的优化设计提供科学依据。     

基于双CCD 探测的外场高精度激光光斑测试技术

激光光斑成像质量是激光制导武器的重要指标之一,为了考核该指标的符合性,分析了通用激光光斑测试技术的优缺点,针对影响外场激光光斑测试精度的几个因素,提出解决外场测试过程中的有效途径。针对应用中的测试需求,采用非接触式的间接测量方法,设计了基于双CCD 探测的外场高精度激光光斑测试系统,该系统具备记录保存光斑并进行图像处理、实时监控、解算激光编码及误差值、镜前空间能量密度变化和激光脉冲漏散率等功能,具有测试动态范围大、分辨率较高、抗外界干扰性强、使用方便等特点,能够实现外场高精度的激光光斑测试与分析评估。通过外场的测试应用与分析,该测试系统解决了外场激光光斑测试中的问题,在外场靶试过程中发挥出了重要的作用。     

改进阈值分割的光斑中心定位方法

光斑定位精度是激光通信瞄准、捕获、跟踪(APT)系统的重要指标,而传统的光斑定位算法,面临定位精度低,抗干扰能力差,实时性差等问题。为了满足激光通信APT系统光斑高精度定位的需求,提出一种改进的激光光斑中心定位方法。该方法通过改进阈值分割,降低了噪声干扰,提高了光斑定位精度。结果表明,与传统的阈值分割方法相比,光斑中心计算精度提高了25%以上,是一种可行的光斑中心定位方法。     

基于圆拟合的非完整圆激光光斑中心检测算法

为了确定非均匀、非完整圆小孔激光光斑的精确中心,提出一种基于圆拟合的非完整圆小孔激光光斑中心检测新方法.该方法通过灰度形态学算法对激光光斑进行阈值分割,从水平和垂直两个方向检测粗略的激光光斑边缘,利用边界生长法消除比较短的圆弧和孤立的边缘点,通过反复迭代拟合获得最佳的圆轮廓并拟合出最终的标准圆.实验结果表明本方法精度明显优于传统的大型激光装置自动准直系统中的重心法,完全满足了该系统中对于非均匀、非完整圆小孔激光光斑中心求取的精度要求.     

基于PSD的非均匀激光光斑中心定位研究

激光光斑中心定位是光学检测中的关键技术,大量应用在光学通信ATP系统、光路自准直控制系统、光学非接触位移角度测量系统中。针对传统电荷耦合器件(CCD)检测方法无法精准定位非均匀、非理想圆激光光斑的问题,提出一种基于位置敏感探测器(PSD)的旋转激光光斑中心检测的新方法。该方法依据PSD能够连续检测光敏面上光斑重心位置的工作原理,设计了一种定轴心旋转且角度可控的激光实验装置,通过对该装置投射到光敏面上的光斑重心的轨迹探测,经Kasa算法处理后得到光斑的中心位置,相较于CCD无需进行图像处理。实验中搭建了PSD光斑中心检测系统,并对旋转的激光光斑模式进行了分析。结果表明,激光光斑中心定位模型的线性度为-1.036、位置分辨率为0.1 μm,精确定位了光斑中心的移动轨迹。该方法为非均匀光斑的实时高精度定位提供了一种新思路。     

靶瞄准中的图像处理

给出了激光聚变实验中对亮度分布不均匀、边缘轮廓模糊的黑腔靶图像确定几何中心的一种方法：利用预处理消除图像噪音，提取图像特征值并用原始ＣＣＤ图像与特征值理论图像相关以精确定出黑腔靶几何中心。该方法计算准确、速度快，便于在实际装置中闭环连续处理图像，并适用于确定激光光斑的几何中心和光斑半径。介绍了该方法在神光装置靶瞄准中的应用及实验结果，利用图像处理，得到了５μｍ的靶瞄准精度     

吊舱激光指示精度计算方法

针对吊舱激光指示精度外场测试与数据计算的问题,提出了一种基于瞄准轴坐标系的激光指示偏差角正弦算法。在激光指示偏差角正弦算法基础上,构建了激光指示精度测试误差模型,估算了各误差源对总误差的影响因子。计算结果表明,当指示偏差角很小时,正弦算法的误差低于余弦算法误差约三个数量级;激光光斑位置测量误差是最大误差源,提高激光光斑位置测量精度是减小激光指示精度测试误差的最佳途径。此外,在同样测量条件下,正弦算法显著减小了吊舱激光指示精度的计算误差约2~3个数量级(具体量化数值),也为激光光斑测量系统的指标论证提供了依据。     

激光光斑中心定位方法的研究与改进

为了更精确有效地测量某检测系统下激光光斑的中心位置和半径,提出了一种基于LabVIEW视觉处理模块中Vision Assistant的激光光斑中心定位方法。在Matlab环境下,对CCD采集到的激光光斑图像预处理后用理论上可行的3种常见光斑中心定位算法分别进行仿真并做了对比实验,如Houng变换与自身改进方案对比,圆拟合算法不同算子之间的对比以及空间矩定位法的二次细化对比,从而对3种定位算法做出利弊分析。最后对光斑中心定位方法做出随机设置不同ROI多次测量取平均值的实用化新方法。仿真结果表明,该方法能够快速、准确地得到光斑中心位置和半径值,并且测量精度可达小数点后两位。     

激光模拟射击高精度命中环数算法研究

为了解决激光模拟射击中由于图像畸变和光斑中心定位误差而造成命中环数计算结果与实际值偏差较大的问题,提出一种高精度命中环数算法。算法通过参考点确定靶环中心,采用带阈值处理的灰度重心法计算光斑中心,利用参考点对畸变图像进行透视变形校正和径向畸变校正,消除因图像畸变而带来的计算误差,最后计算出准确的射击命中环数。实验结果表明,高精度命中环数算法能有效消除误差,提高命中环数计算精度,命中环数达到01环级别,光斑中心在靶面上的定位精度达到01mm级,满足激光模拟射击技术要求,在激光模拟射击中具有实用意义。     

一种全局优化的激光光斑亚像素定中算法

根据激光光斑特征提出其中心位置检测方法,该法先假定激光光斑中心位置,再利用假定激光光斑中心点的投影圆上等效光强原理对其进行重建,并将重建前后两者的光强差的绝对值之和作为评价假定点与真实光斑中心距离的指标,最后,根据所述指标最小化原则求取激光光斑中心位置。理论分析表明,对于标准高斯分布的激光光斑,所述评价指标与假定点及真实光斑中心间的距离成正比,在真实光斑中心处,其评价指标值为零。对于实际激光光斑,在其中心处所述评价指标的值接近于零,为提高其抗噪声干扰能力,采用距离加权法作为其改进的评价指标。对有噪声干扰的实例计算结果表明,该法中心定位达到亚像素精度优于0.1 pixels,不仅定中精度高,而且算法速度快、稳定性好、抗干扰能力强。     

目标定位仿生复眼视觉系统成像位置计算

用于目标定位的仿生复眼视觉系统,目标成像位置的精确计算是提高系统定位精度的关键。文章从像斑能量分布的角度出发,介绍了一种较为适于复眼成像位置计算的方法:能量对称法。该方法以主光线在像斑上的坐标定义像斑重心,以主光线像点是像斑能量对称中心的原理来获得像斑重心（即像斑位置）。文中以仿生复眼视觉系统的简化模型为研究对象,应用能量对称法对理论模拟像斑和实验像斑进行了实际计算,计算表明理论像斑位置可以通过能量对称法准确得到;利用实验像斑位置计算入射光线角度也达到了较为理想的计算精度。文中采用传统的灰度重心法同步计算,与新方法形成对比。     

基于空间矩的激光光斑中心亚像素定位

首先介绍了火炮身管弯曲度测量系统的构成,然后阐述了基于二阶空间矩算子的亚像 素定位算法,在此基础上对激光光斑中心位置进行高精度测量。先使用LoG算子把光斑边缘定位到单像素精度,然后使用二阶空间矩算子进一步细分,使边缘定位达到亚像素精度,再通过拟合计算得到光斑中心坐标。同时还进行了常用光斑中心定位算法与空间矩算法的对比实验,并对实验结果进行了定量分析。实验结果表明,二阶空间矩算法比常用光斑中心定位算法的定位精度有较大提高。     

基于Fisher准则的Otsu法在光斑中心定位中的应用

激光光斑中心检测广泛应用于基于视觉的形变量测系统中,故其检测算法的优劣直接影响系统量测精度。现有的光斑定位算法存在定位精度低,抗干扰能力差等问题,为了实现光斑的高精度定位,提出一种改进的激光光斑中心定位算法。该方法通过将Fisher准则函数应用于Otsu法对光斑图像进行阈值分割,降低了噪声干扰,提高了光斑定位精度。实验表明,与传统的阈值分割方法相比,光斑中心定位误差降低了40 %以上。     

论一种机载光电稳瞄系统照射精度的测量方法

本文采用成像法对机载光电稳瞄系统的照射精度进行测量,用光斑监测设备对目标靶和照射光斑进行摄像监测。对摄取的视频图像中,激光光斑中心与目标靶十字中心点的偏离进行处理,统计计算得到照射过程中的照射精度。     

激光CCD自准直仪圆目标中心抗噪声精确定位方法

为满足高精度计量和方位瞄准跟踪系统的发展对激光CCD自准直仪测量精度的要求,提出一种基于正交傅里叶-梅林矩的激光CCD自准直仪圆目标中心抗噪声精确定位方法。首先利用正交傅里叶-梅林矩(OFMM)的幅值旋转不变性和更低径向矩阶数在充分提取图像边缘细节信息的同时抑制图像噪声的影响,通过对图像边缘旋转后垂直方向上不同阶次的正交傅里叶-梅林矩之间关系的分析将圆目标轮廓定位至亚像素级,然后采用最小二乘拟合方法实现圆目标中心的精确定位。结果表明,该方法稳定性好,定位精度高且抗干扰能力强,改进后的激光CCD自准直仪的测量分辨力提高了10倍,测量精度由2″提高到±0.18″,可有效满足在小角度测量和瞄准等领域的高精度测量需要。     

激光三角法高精度测量模型

为提高检测准确性,提出激光三角法高精度测量模型,由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成;光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用,针对已有激光中心定位算法的缺陷,提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法,通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响,并利用多项式插值提高灰度重心法精度;同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性,建立CCD倾角误差补偿模型;应用激光三角法高精度测量模型,以STM32F407为硬件核心建立系统,以锥螺纹为被测物进行实验;实验结果表明:该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集,且精度明显高于传统的灰度重心法,可以将锥螺纹检测的误差控制在10 m内。     

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。