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。     

基于多步相位恢复的激光远场焦斑测量方法

为了实现激光远场焦斑的高精度测量,提出一种基于多步相位恢复的激光远场焦斑测量方法。理论推导了基于多步相位恢复的激光远场焦斑重构模型,其中为了解决焦斑计算中出现的欠采样问题,引入了线性调频z变换(CZT)技术,相较于传统的快速傅里叶变换(FFT)补零计算,此方法避免了计算冗余。同时,提出一种基于多步相位恢复的激光远场焦斑重构算法,并仿真分析了扫描步长和探测位置数对所提方法收敛性的影响,确定了最佳扫描步长和探测位置数。为了验证所提方法的有效性,搭建了基于纯相位型液晶空间光调制器(SLM)的实验验证装置,实验结果和理论值的相关系数为0.9976。同时,所提方法与传统长焦距透镜成像法相比,测量精度更高,可为激光远场焦斑高精度测量提供一种技术手段。     

基于压缩感知的快速激光超声合成孔径聚焦技术

传统激光超声合成孔径聚焦技术（LU-SAFT）通常需要在待测样品表面以小步长扫描来提高横向分辨率,但小扫描步长会导致总检测时间过长,影响检测效率。针对这一问题,笔者提出了基于压缩感知的LU-SAFT方法,以提升扫描效率。该方法首先使用压缩感知根据稀疏扫描点处A扫信号的最大强度恢复出全场的扫描点A扫信号最大强度,进而确定样品表面的最优扫描区域,然后在最优扫描区域内进行扫描,最后对缺陷进行SAFT图像重建。在实验中,笔者采用脉冲激光在含有缺陷的样品表面激发超声,使用激光多普勒测振仪探测超声,并利用基于压缩感知的LU-SAFT方法对样品内部缺陷进行检测,以验证所提方法的可行性。实验结果显示：针对相同的扫描区域,传统LU-SAFT需要扫查500个点,花费3.15 min;与传统LU-SAFT相比,本文所提方法在扫描点数上减少了80%,在扫描时间上缩短了80%,并且缺陷的SAFT成像信噪比提高了约42%。本文研究内容及结果可为激光超声无损检测提供更快速的检测方案。     

管材激光弯曲成形有限元工艺仿真的技术处理研究

研究了管材激光弯曲成形有限元工艺仿真的技术处理方法 ,针对仿真中单元的选取与处理、激光光束的简化和热载荷的施加、材料吸收系数的选择、边界条件与初始条件的确定、材料性能参数的处理、仿真中时间步长的选取等 ,提出了具体的处理措施和相关技巧 ,从而保证了管材激光弯曲成形有限元工艺仿真的实施     

激光直接标记的质量评定及工艺参数优化

针对目前国内缺乏激光直接标记的加工及质量检验标准的情况,以金属铝板为试验对象,研究了影响标记质量的因素以及质量评价方法.提出一种图像处理与正交试验相结合的方法,分析了有效矢量步长、有效矢量步间延时、Q频和激光电流四个激光工作参数对标记质量的作用效果.以对比度为考察指标,通过对试验数据进行方差分析以及F检验,证明了有效矢量步长为影响标记质量的显著因素,且有效矢量步长取0.003 mm,有效矢量步间延时取40μs,Q频取1 kHz,激光电流取12 A时在铝板上标记出的图像质量最优.该研究对在不同材料上快速得出标记图像的最优工艺参数组合有一定的指导意义.     

无信标星间激光通信系统粗精复合扫描方法

无信标星间激光通信系统无需额外设置信标光组件,直接采用小束散角的信号光进行瞄准捕获跟踪,有利于降低终端的质量、体积、功耗和制造成本等重要指标,满足商业航天和低轨卫星空间激光网络的发展要求。为了克服现有无信标激光通信系统扫描时间长、捕获难度大的问题,综合考虑星上姿态变化、测量精度和终端安装定位误差等因素,对扫描不确定域进行了数值计算,设计了无信标扫描捕获流程,定量分析了粗精扫描机构控制带宽、扫描步长、规划路径与光束覆盖面积的耦合关系,提出了一种简单可靠的无信标粗精复合螺旋扫描方法。典型环境仿真结果表明,采用所提方法平均扫描捕获时长小于20 s,捕获概率大于95%,有效提升了无信标系统的扫描效率,可满足未来低轨卫星空间激光网络的快速建链要求。     

基于Choquet模糊积分的激光主动成像性能综合评价

图像质量评价是研究激光主动成像探测系统成像性能的重要内容,本文从图像的噪声、灰度和纹理等方面对距离选通激光主动成像目标图像进行了量化评价。并且运用Choquet模糊积分将单因素评价参数计算值与专家打分确定的权重系数结合起来,构建了激光主动探测系统成像性能的综合评价模型,并编程实现了评价软件。     

H.263活动图像编码器码率控制研究

本文分别在图像层和宏块层进行 Ｈ２６３ 的码率控制。在图像层采用后向自适应控制的方法,通过引入量化步长因子—编码输出比特数映射表,确定每帧图像量化步长因子的基准值。在宏块层采用前向控制的方法,根据视觉掩蔽特性设计模糊分类器,确定人眼对每个宏块的敏感程度和相应的量化步长因子。能在视频输出码率恒定的条件下,保持图像质量的稳定,取得较好的视觉效果。     

WCDMA中变步长功率控制过程

本文提出了一种可应用于WCDMA中的变步长功率控制策略,这种功控策略根据TPC命令的"历史",将功率控制过程划分为Markov状态,分析信道衰落步长的概率密度,每一状态对应一个确定的步长值,从而可以确定功率控制步长集中的步长数,我们选用概率密度最大的数值,同时考虑硬件可以分辨的最小步长在0.5dB左右,确定步长集.再用仿真的方法,确定状态和步长的对应关系.发射机依据当前的TPC命令决定应该增大还是减小发射功率,依据当前TPC命令和"历史"上的TPC命令选择合适的功率步长,进而确定发射功率.     

激光距离选通成像同步控制系统的设计与实现

针对传统的激光距离选通成像系统需要已知距离及精确的激光器传输时间延迟等先决条件,设计并实现了一种基于DSP的激光距离选通成像系统,并对其同步控制方法进行详细地探讨。该方案利用快速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,有效地实现了距离选通及精确的图像清晰度控制,在无需任何先决条件的情况下,可以获得目标的距离信息和距离选通图像。     

水下激光图像序列的3维噪声分析

为了研究距离选通水下激光成像系统输出图像帧序列的噪声特性,采用3维噪声分析方法,进行了理论分析和实验验证.为了解决实验数据集背景不均匀、样本数较少的问题,根据单帧图像生成综合噪声图像,组成模拟数据集,取得了模拟数据集和实验数据集的3维噪声分析计算的数据,并进行了比较.结果表明,描述数据集在3个方向上均随机变化的"瞬态像...     

距离选通水下激光成像系统设计及实验

针对浅水目标探测这一难题,设计了一种基于距离选通技术的水下成像系统。系统围绕532nm Nd…YAG脉冲激光器和选通式增强型电荷耦合器件(ICCD)摄像机搭建而成,并且采用激光脉冲作为系统同步控制的触发信号。采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术设计的同步控制电路,进行了距离选通水下激光成像实验。实验结果表明,采用激光脉冲触发同步控制电路的方法,可有效抑制激光脉冲抖动对系统同步控制精度的影响,从而克服水体表面反射和后向散射对成像的影响,提高了成像质量。在有效衰减系数为0.52m-1的湖泊中,系统的成像深度可达到水下7m,对于浅水目标的探测、识别非常有效。     

水下激光图像增强方法研究

由于水体对光存在着不可克服的吸收和散射效应,距离选通水下激光成像系统所获得的图像存在不同程度的劣化问题.为提高图像质量,在分析水下激光图像特点的基础上,针对常规直方图均衡化的不足,提出了用阈值分割直方图,高灰度区和低灰度区分别进行均衡化,再压缩组合的分段的直方图均衡化方法,并和边缘保护平滑滤波结合应用于水下激光图像增强.通过实验,验证了该算法能达到抑制背景噪声、突出目标细节、提高对比度的效果,对水下激光图像增强十分有效.     

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。     

基于距离选通的水下偏振光成像系统的研究

光在水下传输受到吸收和散射的影响,限制了水下成像的成像距离和成像清晰度。为能抑制后向散射光的干扰,结合距离选通技术和偏振成像技术的各自的特点,提出了基于距离选通的偏振成像方式。基于距离选通的偏振成像一方面利用同步控制装置,时间上分离目标反射光,另一方面通过水体散射光和物体散射光解偏振度的差异来实现成像。本文分析了基于距离选通的偏振成像原理,具体给出了实验装置和实验过程。通过实验分析,得出基于距离选通的偏振成像技术运用于水下成像的可行性,且能大大提高图像的对比度,使其成像质量优于距离选通方式。     

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。     

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。     

距离选通技术在三维成像激光雷达中的应用研究

距离选通技术在三维成像激光雷达中有着重要应用,是一种解决水下微光成像和抑制后向散射问题的简单有效方法之一。文中概述了距离选通技术的原理和应用范围,根据实时成像的需求,提出了一种实时距离选通成像系统的设计方案,该方案只需要一次成像就可以完成距离选通成像并求解出目标距离。根据质心法求解距离的原理,详细推导了成像系统的距离像和距离精度,并用仿真软件仿真分析了该系统距离像的距离精度和目标距离、时间切片数量、信噪比之间的关系。仿真结果表明:距离精度受系统信噪比的影响很大,当信噪比大于2 000时,测距精度优于0.2 m。     

MATLAB在水下激光线扫描图像处理中的应用

MATLAB在数字图像处理中的应用越来越广泛。首先需要对水下激光线扫描系统成像获得的原始试验数据进行视频及图像处理才能完成对目标信息的重建。然后利用数学形态学方法进行图像处理,去除图像的背景光噪声。再用直方图均衡实现图像增强。实验结果表明应用MATLAB对图像进行形态学、直方图调整等方法能够有效消除图像的背景光噪声,提取出目标信息,提高信噪比,对水下激光成像效果的改善有显著效果。同时,相当于增大了水下激光成像的探测距离。