基于光斑与图像特征的动态激光干扰效果评估

激光主动成像系统通常用于重要区域监视和危险目标识别,其上的光电成像探测器易受敌方激光干扰产生局部饱和甚至损伤,导致目标识别失效。在实际中,激光干扰功率和光斑位置等因素均时刻发生变化,导致激光对每帧图像的干扰效果也不尽相同,因此,动态的衡量激光干扰效果具有重要意义。提出了一种基于光斑特征和图像特征的无参考动态激光干扰图像评估算法,通过加速分隔测试特征(FAST)算法提取特征点,并运用特征点匹配确定图像的目标区域,在该目标区域利用饱和像素数和光斑相对位置变化表示光斑特征对图像质量的影响,利用图像中特征点和边缘点分布特性以及边缘清晰度表示图像特征的变化,将5个评价因子相乘,得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行照明成像识别实验,采集不同干扰功率和干扰方位的激光干扰图像。基于提出的无参考动态特征评估算法对获得的连续多帧激光干扰图像进行评估,结果表明该算法能够准确评价不同功率、方位激光的干扰效果,客观反映光斑遮盖下自动目标识别算法的失效程度。     

基于特征点分布特性的激光干扰效果评估算法

激光主动成像系统通常用于区域监视和目标识别,但其上的光电成像探测器容易受到激光干扰,进而导致目标识别误差甚至目标丢失。因此,从目标识别特征的失效程度出发,研究激光干扰效果评估具有重要意义。提出了一种特征点相似度(FPSIM)评估算法,利用加速分割测试特征(FAST)算法提取原始图像和干扰图像的特征点,然后通过特征点匹配得到目标区域,在目标区域位置计算它们的特征点保持度和稳定度,提取原始图像特征点的位置,并在两幅图像中对应相同位置处比较它们的局部亮度和对比度失真度,再将特征点保持度、稳定度和亮度、对比度失真度相乘得到归一化的FPSIM。利用激光主动成像系统对设定目标进行照明成像实验,采集了不同干扰功率、不同背景强度和光斑位置的干扰图像。使用提出的FPSIM算法对获得的激光干扰图像进行评估,结果证明FPSIM能够客观反映图像在目标识别过程中特征点的变化情况,通过与归一化均方误差(NMSE)及结构相似度(SSIM)方法对比,FPSIM算法对不同程度的激光干扰图像都给出了合理的评估结果,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。     

结合激光功率和光斑位置的多帧动态干扰效果评估

激光主动成像系统通常用于重要区域监视和危险目标识别,当该系统受到敌方激光干扰时,其成像质量将会下降。由于目标、成像系统和干扰源的相对位置,以及干扰源的干扰功率处于时刻变化中,导致不同时刻的干扰效果不尽相同,如何衡量一段时间内激光对成像系统的干扰效果成为一个难题。提出了一种基于连续多帧图像动态特征变化的无参考激光干扰评估算法,在图像目标区域内分析单帧干扰图像中特征点的匹配准确率和空间变化率以及多帧图像特征点变化的准确性、空间性、结构性差异、频率和显著性特征,最终得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行照明成像识别实验,采集不同干扰功率和干扰方位的激光干扰图像。基于提出的特征点动态性算法对获得的连续多帧激光干扰图像进行评估,结果表明该算法能够准确评价一段持续干扰过程中不同功率、方位的激光干扰效果,客观反映光斑遮盖下自动目标识别算法的失效程度。     

采用图像特征的激光干扰跟踪效果评估

对于广泛应用于图像识别和跟踪的激光主动成像系统,激光干扰是影响该类系统性能的一个重要因素。激光干扰使系统中的光电成像元件达到饱和或损伤,在探测视场中出现光斑,从而使跟踪算法无法准确分辨目标和光斑。因此,分析并评估激光对主动成像系统的干扰效果是避免干扰的前提,同样也是重要的环节。提出一种基于图像特征的边缘相似度(ESIM)评价算法,该算法通过模板匹配确定图像的目标区域,并比较原始图像和干扰图像目标区域的亮度、对比度和边缘清晰度差异,得到归一化的评价指标,作为对激光干扰效果的评估标准。实验中分别采集了不同干扰功率和不同光斑位置的激光干扰图像,并利用相关跟踪和形心跟踪方法对目标进行跟踪,运用本文提出的ESIM算法从图像特征角度对干扰跟踪效果进行评估,结果证明ESIM能够合理评估干扰图像的失真程度,并可以较好地反映激光对主动成像系统跟踪性能的影响。     

基于压缩感知的激光干扰效果评价方法

采用激光技术干扰电视制导系统可以使其光电探测设备降低或失去目标探测、识别与跟踪的能力,客观、准确地评估激光对CCD成像系统的干扰程度有利于指导光电对抗设备的研制和探测设备的激光防护。从激光干扰后图像目标特征的失效程度出发,结合压缩感知理论中可利用测量矩阵直接获取稀疏信号的特征信息的特性,提出了一种基于压缩感知的激光干扰效果评估方法。采用非下采样Contourlet变换对图像进行稀疏变换,根据干扰前后图像压缩感知特征的变化情况来评估激光的干扰效果。实验结果表明,与传统的评估方法MSE、SSIM相比,提出的基于压缩感知的评估方法对不同激光功率和不同探测角度下的图像都给出了合理的评估结果,能够克服不同探测角度对评估结果的影响,且对不同干扰功率的敏感度更高。     

一种机载相控阵雷达波控系统设计

ISAR干扰效果评估一直是电子对抗领域的热点和难点问题。针对传统客观评估指标存在不足,提出了一种基于图像纹理特征的ISAR干扰效果评估方法。该方法充分考虑了干扰前后图像像素点之间的相关性,其特征向量组涵盖了目标方向、相邻间隔、变化幅度、位置特征及能量变化等多维信息的变化,体现了一种多指标信息融合的体系评估思路。最后,结合ISAR实测数据进行了仿真实验,结果表明该方法不仅能够准确反映干扰前后图像细节纹理的变化,而且能够有效实现干扰样式的优选,有效提升了干扰效果评估的稳健性和可靠性。     

基于图像特征相关度的激光干扰卫星效果评估

针对激光干扰光学成像卫星效果难以评估的问题,借鉴图像处理相关理论,将干扰前后卫星图像特征相关度作为评估指标,并采用HVS(人眼视觉系统)对指标进行修正,利用基于一致相邻度熵权的综合赋权方法,建立激光干扰效果综合评估模型。运用模型对受激光干扰条件下的卫星图像进行评估,得到的结论既能客观地反映激光干扰的实际效果,又能与人的主观感受保持较好的一致性,验证了模型在激光干扰光学成像卫星效果评估方面的适用性和科学性。     

基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位方法

热物理激光光斑位置定位能够提高测量精度，设计一个基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位方法。分析激光图像的高斯分布情况，采用高斯函数描述脉冲激光，判定激光光斑空间分布形式，选择一个合适的阈值，对误差补偿，对光斑边缘检测，采用最小二乘圆的拟合准则对圆心拟合，采用圆来逼近激光光斑的轮廓，确定圆的中心点，实现基于圆定位算法的热物理激光光斑位置定位。实验结果表明，在主观分析与客观分析上，所提出的定位方法偏差都较小，能够准确获得激光光斑的中心位置，并且，在不同信噪比下，所提出的定位方法定位误差都较小，满足方法的设计需求。     

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。     

太阳光斑质心位置检测算法的研究

为了满足对太阳光斑质心位置精确检测的要求,本文提出了一种基于迭代阈值的圆拟合太阳光斑中心检测算法。首先采用迭代阈值法计算光斑图像分割的最佳阈值,截取光斑特征点成像区域的同时有效地降低了噪声干扰,增强了算法的抗噪声性能;然后用最小二乘圆拟合中心算法精确计算光斑中心位置坐标,来提高太阳光斑质心位置检测的精度。理论分析和仿真结果表明该算法是一种实用的精确检测算法,提高了偏移检测系统的精度要求。     

基于加权插值算法的激光光斑中心检测

激光光斑成像质量是激光制导武器的重要指标之一,而传统的亚像素定位算法,面临抗干扰能力弱,定位精度低和软件实现复杂等问题。为实现实时高精度激光光斑检测,本文提出一种改进的加权插值的亚像素细分算法,通过对图像中光斑范围内一定区域的所有有效像元节点分组进行插值计算,并将各组结果进行加权处理以获得更高的光斑定位,显著提高了精度和稳定性。经过误差分析和实验证明,此算法有效提高激光光斑中心检测抗干扰性能和定位精度。     

基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法

为了提高半导体激光加工中激光光斑中心定位精度,根据皮秒超短脉冲激光辐照单晶硅后产生的光斑图像灰度分布特点,提出了一种基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法,通过模拟激光光斑仿真分析和单晶硅刻蚀实验,对比研究了不同辐照时间与不同激光功率条件下该算法与传统算法的定位精度。结果表明,在辐照时间不同的条件下,该算法定位精度达到0.761μm,比灰度重心法提高51.3%,比最大行列灰度值法提高93.9%;在激光功率不同条件下,该算法的定位精度达到0.793μm,比灰度重心法提高73.4%,比最大行列灰度值法提高86.8%。此研究可为皮秒超短脉冲激光光斑中心定位控制系统的设计提供指导。     

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。     

激光辐照条件下光学相机像质评价方法研究

倾斜刃边像分析法是调制传递函数评价方法中最常用的方法之一,该方法成像过程中光束透过能量高、实用性强,具有广泛的应用前景。将倾斜刃边像分析法应用于激光辐照条件下相机成像质量评价系统,分析方法可信有效,但需综合考虑刃边倾角度、刃边两侧灰度对比度和背景噪声等影响因素。采用倾斜刃边像分析法计算不同功率密度和光斑位置下系统不同的 MTF 曲线和 MTFA 值,结果表明:当激光功率密度偏小或光斑位置距刃边较远时,刃边对比度和MTF值影响较小;当激光功率密度逐步增大或光斑位置向刃边靠近时,局部MTF呈降低趋势变化,刃边对比度和MTF值影响逐渐增大,干扰效果也逐渐明显,尤其是在光斑覆盖目标时,MTF值无法计算,干扰效果达到最佳。因此,基于倾斜刃边像分析法可实现定性和定量评价光学相机成像质量。基于该仿真结果,建立相应的激光辐照条件下光学相机成像质量测评系统,可为光学相机激光辐照效应实验及其激光干扰效果评估提供技术支持。     

不同入射角下的激光干扰效果研究

为了研究不同入射角下的激光干扰效果,采用逐步调节光轴指向的方法,对不同入射角下的干扰效果进行了实验研究和理论分析,取得了不同入射角下激光束在探测器上光斑位置、接收能量和光斑形状的数据。结果表明,光斑位置随入射角的增大而线性移动,对于本文中的光电成像系统而言,移动速率为入射角每增加0.1°,光斑偏离探测器中心16个像素;接收能量随入射角的增大而减小,对于本文中视场角为8°的光学系统而言,减小的幅度不超过1%;不同入射角下的激光光斑形状满足空间平移不变性。这一结果对开展激光干扰光电成像系统试验是有帮助的。     

基于亚像素定位技术的激光光斑中心位置测量

传统亚像素定位算法过程中存在着抗干扰能力弱、定位精确度差、软件实现难度大等问题。为了解决这些问题,提高激光光斑中心定位精度,采用曲线拟合算法,结合小尺寸光斑中心的高精度定位测量法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,该方法可将质心提取误差控制在0.1pixel内,与传统算法相比,其误差更小。该图像质心测量方法有效地降低了噪声干扰,增强了算法的抗噪声性能。     

激光电视的消干涉

由于背景干涉条纹的影响,在激光视频显示系统中,通常获得的激光视频图像不仅对比度降低,而且像质较差.通过采用多像素扫描法,成功地突破了投影显示方式的技术瓶颈,消除了这种显示方式产生的干涉条纹,使激光显示与传统显示方式相比在像质上有了很大的提高.通过对激光显示过程中激光形成干涉机制的深入分析和研究,提出了"多像素扫描法",并设计了相关装置.该方法既可以用来实现投影显示,又可用来消除激光干涉.多像素扫描法既克服了扫描式激光显示的技术缺陷又解决了投影式存在的激光干涉条纹问题,获得了很好的显示效果.实践表明,该方法为激光显示研究提供了一种切实可行的方法.     

基于互相关和改进高斯拟合的光斑中心提取方法

针对差分激光三角法海面溢油油膜厚度测量系统 中光斑图像中心提取的问题,在分析用 于系统标定的陶瓷量块和所测量的石油表面光斑图像特征的基础上,采用互相关与改进型高 斯拟合的算法对光斑中心进行提取。算法首先采用标准高斯图像模板与光斑图像进行互相 关,得到了保留图像特征且光顺的光斑图像;然后,利用上下边沿信息进行高斯计算的改进 型高斯拟合方法进行光斑图像拟合,由拟合得到的高斯图像参数计算出光斑中心坐标。通过 本算法与目前已有的平方加权质心法、高斯拟合法、改进型高斯拟合法和互相关高斯拟合法 对图像光斑中心提取结果的比较与分析,得出互相关和改进高斯拟合相结合的方法在光斑提 取重复性精度,以及使用本算法对陶瓷量块厚度测量精度均好于其它方法,并对石油表 面图像进行了中心提取实验。结果表明,本文算法适合于差分激光三角法海面溢油油膜厚度 测量系统的光斑提取。