一种改进的激光距离选通成像系统

距离选通技术是克服激光后向散射,提高激光距离选通成像系统信噪比的有效方法。阐述了激光距离选通成像原理,详细分析了距离选通关键技术,指出了传统的距离选通同步控制方案的缺点,提出了一种改进的激光距离选通成像系统,讨论了激光距离选通成像系统今后需要重点研究的课题和发展趋势。     

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。     

水下激光距离选通成像系统的模型与极限探测性能研究

为了改善现有水下激光距离选通成像建模方法在收发时序和器件特性方面的不足,提出了一种改进的系统模型。该模型以一维(1D)方波信号为研究对象,通过计算该信号的输出信噪比来评价成像系统的性能。模型考虑了水下激光脉冲的时域展宽和增强型电荷耦合装置(ICCD)的增益噪声特性以对现有模型的不足进行改进。通过模拟计算与实际水下激光距离选通成像系统所采集的图像相对比的方法验证了模型正确性,又通过对系统在不同水质下极限探测距离的仿真计算表明距离选通技术对人形暗目标的探测、识别和认清距离达到了9,7.5和7个衰减长度,从而证明了距离选通技术能够有效探测劣质水况下的中小目标。     

激光距离选通成像关键技术

距离选通技术是克服激光后向散射、提高激光距离选通成像系统信噪比的有效方法.阐述了激光距离选通成像原理,详细分析了距离选通关键技术,指出传统的距离选通同步控制系统的缺点,并提出一种改进的距离选通同步控制方案.     

距离选通成像系统关键性能的实验

对距离选通成像系统的关键性能参数选通长度进行了理论分析和实验研究。运用激光波长为532 nm、脉冲宽度为20 ns的Nd:YAG激光器和ICCD系统搭建了一套距离选通成像系统。在改变选通信号宽度和选通延迟时间条件下,通过对视场内不同距离处的白板成像,获得了一系列实验图像。基于白板图像强度分析了选通信号宽度和延迟时间对距离选通成像系统选通长度的影响,并测量了当选通信号宽度为10 ns时,该选通成像系统的有效选通时间长度为35 ns。     

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.     

一种改进的基于DSP的激光距离选通成像系统

采用激光束主动照明,是对远距离暗目标进行成像探测和精确跟踪的有效途径.从激光距离选通成像系统的成像关系出发,分析了距离选通方式和非距离选通方式下的激光距离选通成像系统的信噪比,从理论上说明了采用距离选通技术可以有效地抑制后向散射等背景噪声.讨论了激光距离选通成像关键技术,分析了传统的激光距离选通成像系统的缺点,提出了一种改进的基于数字信号处理(DSP)的激光距离选通成像系统.该系统利用快速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,实现距离选通.该系统克服了传统的激光距离选通成像系统需要已知距离,需要精确测量激光器的传输时间延迟等缺点,可以获得目标的距离信息和距离选通图像.     

水下高重频距离选通成像雷达盲区消除方法

水下距离选通成像雷达能够有效消除水体对光源的后向散射,提高水下成像作用距离,但由于系统信号处理固有延迟的影响,成像盲区限制成为这种方法的主要缺点之一。提出了一种基于激光脉冲异步控制的方法,在高重频和低重频两种系统上进行对比实验。研究表明,采用异步控制方法在水下高重频距离选通成像系统上能够成功消除成像盲区限制,但在低重频系统上会带来图像亮度抖动的缺点。这也是水下高重频距离选通成像系统优于低重频系统的原因之一。     

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。     

水下距离选通成像多分辨率爬山自动聚焦法

针对水下距离选通激光成像图像模糊导致自动聚焦难的问题,提出了多分辨率爬山自动聚焦法,解决了系统实时聚焦问题,获得了高清晰度高质量图片。该方法利用图像的多分辨率原理,通过空间采样处理形成不同分辨率采样层,减少数据量,降低图像处理时间,系统完成聚焦处理时间降低到约为传统方法的一半。进而利用帧间相关性对当前帧和相邻前两帧分别以0.5,0.3和0.2的加权系数进行加权计算,获得当前帧的边缘检测清晰度值,近乎以100%正确率解决爬山法由于局部峰值干扰错误判断可能收敛到局部最大值而导致聚焦失败的问题,最后利用爬山法实现自动聚焦。针对此方法进行多次选通系统实验验证,结果证明:该方法能够保证自动聚焦的速度和精度,提高系统聚焦判定的实时性、准确性和鲁棒性。     

水下距离选通成像系统调制传递函数模型分析

随着国家对水下成像探测、水下资源勘查等应用需求增加,建立符合实际情况的水下光电成像模型,成为目前水下成像研究者的目标。为了探究水下距离选通成像系统性能,建立了距离选通成像系统各个模块调制传递函数模型,以及总的系统调制传递函数模型。对目前市场上主流成像系统所采用的超第二代、第三代像增强器的选通成像性能进行理论对比仿真分析,完成了对水下距离选通成像系统性能模型的仿真。结果表明,前向散射光调制传递函数以及后向散射光调制传递函数随着探测距离以及选通时间的增加呈现逐渐下降趋势,并且前向散射光调制传递函数下降的速度更快;系统调制传递函数随着探测距离、选通时间和空间频率的增加而逐渐下降,并且通过理论模型分析得到典型的第三代像管的性能比超第二代像管的性能在水下距离选通成像过程中更具优势。     

水下二维及三维距离选通成像去噪技术研究

相比传统水下摄像机,水下距离选通成像的作用距离可提高两三倍,同时基于该技术可实现快速高分辨率三维成像,在水底详查、避障导航、海洋科学研究、矿藏开发等方面具有广泛应用前景。虽然距离选通成像可通过空间切片的方式抑制水体的后向散射噪声,实现感兴趣区较高质量的成像,但是,在选通图像中仍不可避免地存在空间切片水体的后向散射噪声,导致图像信噪比和对比度降低,尤其是对于远距离目标或低反射率目标。介绍了针对水下距离选通二维成像及三维成像去噪方面的技术研究。在二维成像方面,一是采用双平台自适应增强算法提高图像对比度,更好地满足人眼视觉要求;二是采用参考水体去噪算法实现含目标图像的水体去噪,提高信噪比。在三维成像方面,针对距离能量相关三维成像,一是利用参考水体去噪算法实现去噪三维重建,二是采用双边滤波法对三维图像中数据空洞进行修复,提高三维图像质量。所述四种方法可独立或联合用于水下距离选通成像的去噪增强,提高水下距离选通成像技术的性能。     

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。     

Detection algorithm of underwater linear target based on range-gated imaging

基于水下距离选通激光成像技术,提出了一种可用于长距离下的水下线状目标检测算法。该算法针对水下成像中低对比度、模糊和噪声等特性,首先采用对比度拉升、中值滤波、小波变换等方法对图像进行增强处理;然后利用Canny边缘检测算子提取出目标的边缘特征;最后针对边缘特征中出现的噪声边缘问题,选用了鲁棒性强的随机抽样一致性参数估计算法从边缘特征中检测出线状目标,并计算得到目标的位置和方向等相关参数。实验结果表明,该算法可以有效地检测出水下曲线状目标,弥补现有方法只能检测直线目标的不足,检测率可以达到93%,有效检测距离能达到5倍水下衰减长度。     

距离选通水下成像中基于等水体后向散射光能量的目标搜索方法

研究了距离选通水下成像系统中基于等水体后向散射光能量的目标搜索方法,建立了ICCD接收水体后向散射光能量计算模型,给出了单次成像时ICCD 接收水体后向散射光能量的计算公式。通过控制系统成像时的开门时刻和选通门宽,使得系统每次成像时接收到的水体后向散射光能量相等,确定了基于等水体后向散射光目标搜索方法的搜索策略,并给出了搜索策略的仿真计算结果。利用在某次成像中,目标存在会导致系统接收信号光能量增大的特点,给出了目标存在的判别准则,仿真计算结果验证了所提出的判别准则的正确性。     

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.