激光主动成像系统信噪比模型的研究

为衡量激光主动成像系统的性能,根据主动成像系统的成像过程,通过分析目标与背景的辐射特性、大气的后向散射特性,距离选通特性以及激光发射器和接收器的性能,建立了激光主动成像系统的信噪比模型。并利用工作波长为0.532μm的固体激光器,ICCD相机,以及基于CPLD技术设计的距离选通同步控制板,开展了距离选通激光主动成像实验,通过实验结果分析,验证信噪比模型的正确性。     

门选通技术抑制后向散射分析与实验

分析了大气条件下光学主动成像中的后向散射过程,得出最近后向散射距离是影响后向散射效应的主要因素。通过对最近后向散射距离的分析,得出大视场条件下门选通技术是抑制后向散射的有效方法。利用半导体激光器研制成的主动照明光源在晴朗大气条件下进行主动成像的实验。实验表明门选通成像较普通主动成像有效提高了成像质量,验证了理论分析的正确性和门选通技术的有效性。     

近红外距离选通成像系统作用距离研究

近红外脉冲激光照明的距离选通成像技术能够有效降低后向散射的影响,提高夜间以及恶劣环境下光电成像系统的作用距离。针对近红外激光距离选通成像系统的设计需要,以系统输出信噪比大于该目标的形状和识别概率所对应的人眼阈值信噪比为原理。在微光成像系统作用距离公式的基础上。添加主动照明系统的影响因素,建立了近红外激光距离选通成像系统的作用距离模型。该模型得到的结果和实际系统实验结果相比具有很好的一致性,表明该模型合理,可靠。在近红外激光距离选通成像系统的设计过程中,可以用此模型对系统进行作用距离预测。     

距离选通激光成像系统发展现状

阐述了距离选通激光成像原理,在此基础上扼要分析了距离选通关键技术.介绍了三种典型的距离选通激光成像系统,讨论了距离选通激光成像系统今后需要重点研究的课题,展望了距离选通激光成像系统的发展趋势.     

基于距离选通技术的水下目标成像系统研究

针对水下目标成像的特殊环境,提出将距离选通技术应用于水下目标的成像,距离选通技术对于减小水体后向散射光、水中微粒散射光,提高目标图像信噪比以及增加水下探测深度,是一种有效的方法。详细介绍距离选通水下目标成像系统的基本结构,以及系统关键部件的技术要求。实验表明:距离选通技术有效地提高了水下目标的成像质量。选通时间是影响成像质量的主要因素,单脉冲激光能量和水体衰减系数是影响系统探测深度的主要因素。     

激光光斑位置精确测量系统

设计了一种激光光斑位置测量系统,用于提高激光照射器监测系统测量激光光斑位置时的测量精度.分别介绍了测量系统的组成及它们的信号连接关系.针对激光光斑图像采集过程中的后向散射现象,提出基于异步距离选通的激光后向散射抑制技术.为了克服大气湍流扰动对激光光斑成像的影响,利用改进的盲解卷积算法对激光光斑图像进行事后图像处理.最后,对光斑图像进行畸变校正,并利用高斯曲面拟合算法提取光斑位置.设计了若干仿真实验,并应用该系统处理了实际外场实验.结果表明,所设计的激光光斑位置测量系统的测量精度不超过0.3 pixel.     

水下成像镜头的光学设计

水下光学成像技术,如水下摄影、水下电视、水下激光距离选通成像系统等,是海洋研究与开发的得力工具,但由于水对光的散射和吸收等特殊的光学特性,以及使用环境的特殊性,使水下光学成像系统的设计和研制较陆上光学系统有更大的难度。本文指出了主要的技术关键,及设计与使用水下光学成像系统时需注意的问题,最后给出了水下电视光学成像系统设计研制的实例。     

基于距离选通的非视域成像技术实验

介绍了采用距离选通技术进行非视域成像探测的原理,基于窄脉冲激光器和选通型成像器件搭建了非视域主动成像实验系统。以玻璃作为中介反射面,以黑白条纹靶板作为目标,对目标和周围环境处于不同光照情形时,系统的非视域成像效果进行测试。结果表明,基于距离选通的非视域成像技术是一种能够在不同光照条件下实现对视觉盲区进行有效观察的成像技术。     

激光主动成像图像的多帧后处理算法研究

在确定激光器的发散角度、脉冲峰值功率、接收光学系统的参数以及确定激光器和接收光学系统的几何配置后,激光主动成像系统要想得到更远距离更高分辨率的微弱目标的图像,就只受微弱目标的探测成像及处理技术的制约,因为在较长的距离和有限的激光能量下,不可能立刻照明整个目标场景,接收成像端CCD上每个像素接收到的光照度也不可能达到相当的水平。为了在特定的脉冲激光能量下增加成像系统的成像距离,同时减轻大气扰动对成像分辨率的影响,研究了一种独特的图像处理算法,用激光多脉冲来获取整个目标场景的图像,采用辐射量来确定每次曝光时间内最大景物照明区域,这种独特的多帧后处理算法,可以在大气扰动和连续散粒噪声影响下,得到比传统连续照明方式更高分辨率的图像。     

收发同轴脉冲激光引信在水雾中的后向散射偏振特性

考虑激光引信的探测性能易受大气气溶胶的散射作用和吸收作用的影响,本文基于Mie散射理论,采用Monte Carlo方法模拟了脉冲激光在水雾中的后向散射偏振特性。对1~10μm的19种粒径的水雾进行仿真,获得了典型波长和水雾粒径下激光后向散射的平均偏振对比度。建立了收发同轴脉冲激光在水雾下的后向散射偏振特性实验系统,通过改变超声波加湿器的浓度,得到了5种典型粒径的模拟水雾粒子,并对其进行了实验。研究结果表明:当水雾粒径在1~10μm时,激光后向散射的平均偏振对比度为0.30~0.65,实验结果与仿真结果具有较好的一致性。得到的结果证明了激光后向散射理论模型和Monte Carlo仿真的正确性,为激光引信的抗水雾干扰研究提供了理论支撑。     

基于光纹特征的激光主动照明图像去模糊

受光学系统离焦、大气扰动、平台振动的影响,激光主动照明系统捕获的图像容易被模糊,而传统的去模糊方法难以取得良好的复原效果,故本文提出基于光纹特征的盲解卷积复原方法来实现图像去模糊。首先将模糊图像降采样,建立尺度金字塔,在尺度空间查找光纹特征图像块。随后基于激光主动照明图像饱和像素较多的特点,提出新的图像退化模型。最后针对模糊核估计、光纹参数更新、清晰图像复原3个步骤,提出适用的能量函数,迭代复原出无噪清晰图像。搭建了主动照明系统,在捕获的激光主动照明图像上进行了实验,并与现有方法进行了对比。结果表明:本文方法不仅能够复原出清晰图像,而且能有效抑制振铃效应,其客观评价指标峰值信噪比(PSNR)优于已有的其他算法。     

无参考的特征点复杂度激光干扰图像评估

由于目标识别和检测效果取决于目标提取的准确性,本文结合主动成像与目标识别技术搭建了激光主动成像系统实验平台,研究了激光干扰对获取图像质量以及特征点提取效果的影响。提出了一种无参考的特征点复杂度图像评估算法。该算法在目标区域位置计算图像的特征点、纹理、梯度和对比度复杂度,然后综合4个因子得到归一化的评估结果。利用激光主动成像系统对设定目标进行了照明成像实验,同时采集了不同干扰功率和光斑位置的干扰图像。使用本文提出的特征点复杂度算法对标准数据库及实验获得的激光干扰图像进行了评估。实验结果表明:提出的评估算法能够客观地反映图像质量的变化情况,可对不同程度的激光干扰图像给出合理的评估结果,其评价结果更符合主观视觉感受,并且能够指导激光主动成像识别系统的防护与应用。     

采用特殊镀膜分束器的OCT系统性能分析

基于共焦模式的OCT蒙特卡罗仿真模型,研究了在OCT系统中高散射生物组织背向散射光的反射率。仿真结果:表明对OCT成像有贡献的背向散射光强是样品臂入射光强的10^-8~10^-10,这样微弱的有用信号限制OCT系统的成像速度、探测灵敏度、信噪比和图像对比度等系统的性能。为此设计了一种带有特殊镀膜分束器的OCT系统。采用这种结构的分束器,第一,在保证入射光对生物组织无热损伤的情况下,可以尽量提高光源的输出功率,改进之后的干涉仪可以使参考光衰减4个量级,因此不会使光电探测器的输出轻易达到饱和状态。第二,大幅度减小了参考光与信号光之间的能量差距,图像干涉对比度大约提高2个数量级,即使在高速成像的情况下,仍然能够使OCT系统具备较高的成像质量。第三,这种特殊结构的干涉仪可以使样品臂的入射光最强,并将背向散射信号光因分束器反射的损失减少到最低程度,从而使系统的信噪比提高了6 dB,并通过对样品的测试可以测得系统的探测灵敏度可以提高到43 dB。     

大视场主动光学成像系统的成像研究

从主动光学成像系统的照明模型出发,研究了大视场情况下目标和景物的成像性质,分析了传输介质对照明和成像光束的衰减作用,得出了光学成像系统像面照度的计算公式,并对其衬比传递特性和视场大小对成像的影响进行了详细的分析,得出了小视场近似的条件,其结果可用于主动光学成像系统的设计、图像分析和目标识别.     

低照度图像存储及微机数据处理系统

本文介绍一种用于激光激发微弱荧光的光电成像系统上的图像存储与实时显示以及计算机处理系统,该系统不仅可以存储和实时显示正常条件下的目标图像,还可以通过数字累加技术显示在低照度条件下的目标图像,并通过计算机系统对图像加以处理,以获取有用的信息。     

基于双隐含层BP算法的激光主动成像识别系统

在传统激光主动成像系统的基础上,结合目标识别技术搭建了一个激光主动成像识别系统实验平台,用于研究激光主动成像后的目标识别。介绍了实验平台的工作原理,基于Hu矩特征的双隐含层BP神经网络算法以及实验处理流程和实验结果。特征量由7个不变Hu矩构成,通过240张原始目标样本库对由136个权值系数构成的双隐含层BP神经网络算法进行了训练。利用训练好的双隐含层BP算法对黑夜条件下远处的运动目标--43式冲锋模具枪进行了实验研究,成功获得了清晰的红外激光主动成像效果。实验显示对450 m处2 740帧和550 m处2 420帧激光主动成像图像的统计识别率达到了68.87%和72.11%,其中旋转变换下的统计识别率可达80.05%和84%,好于仿射变换的识别效果。     

基于实时波前信息的图像复原

提出了一种基于PIX总线的千单元可扩展波前探测图像恢复技术.采用波前探测与图像恢复相结合的方式来克服大气扰动和系统像差对图像分辨率的影响,满足大型地基望远镜高分辨率成像的需求.首先利用波前探测的方法得到波前相位畸变量,再由此恢复退化图像.其核心部件-波前处理器则采用波前处理主板和可扩展的波前处理子板相结合的方式来满足不同光学系统对波前处理规模的需求,波前空间采样散可扩展至千单元数量级.系统在室内进行了激光光源图像恢复实验,使激光光源的能量集中度提高50％左右;在室外对恒星和0.6″的双星图像进行了恢复,其半高全宽下降了约80％.系统采用大规模现场可编程门阵列(FPGA)作为波前处理的核心器件,实现了波前探测的实时处理和透过大气成像的退化图像的高分辨率图像恢复.     

激光寻的制导导引头阈值精确标定系统研制

构建了一个激光寻的制导武器导引头能量阈值的精确标定环境,同时可精确标定导引头的视场范围和盲区。该系统由一体化集成激光器系统、漫反射系统、三轴转台、激光暗室和导引头测试计算机系统组成,充分考虑了电磁干扰、后向散射干扰、入射光线不平行度等因素,通过阈值标定实验,结果表明,系统能量标定可精确到10-15J以下,视场角标定可精确到1,′系统适用于各种寻的激光导引头的精确阈值标定。     

高精度光声成像技术在脑成像中应用

光声成像技术可以提供深层组织的高分辨率和高对比度的组织断层图像,是进行脑成像的有力潜在工具之一。本文开展此项研究,搭建一套光声成像实验系统,在此基础上,获得10mm的混浊介质深度下的血管模拟样品图像,直径0.07mm的模拟血管能清晰地成像;活体研究中,成功进行活体白鼠脑部的血管分布的成像研究,重建图像中的各血管位置和形状与实际情况很好的吻合。