提高激光主动成像系统性能的匹配设计

光学系统及探测器的极限分辨率是影响激光主动成像系统分辨能力的主要因素,系统调制传递函数(MTF)是表征系统性能的重要指标。为了提高激光主动成像系统成像分辨率和MTF,分析了接收光学系统和探测器尺寸间的相互匹配关系,给出了光学系统参数的设计步骤,并对匹配条件和设计方法进行了实验验证。     

红外成像制导导弹激光压制干扰数学仿真评估方法分析

介绍了基于野外测试的红外成像制导武器激光压制干扰系统性能评估的数学仿真评估方法。在仿真理论和野外测试的基础上，就干扰系统性能评估的数学仿真技术和评估方法进行了具体分析，其中包括红外目标与背景的解算、红外目标与背景图像的计算机生成、强激光大气传输及其与物质作用模型建立、制导控制运动模型可控弹道解算、数据库建设、仿真模型校验等。重点对红外成像制导导弹激光压制干扰数学仿真评估中导引头输入信号生成环节的模型和数据库建设进行了分析。     

非扫描激光主动成像系统性能分析

介绍了面阵非扫描型激光主动成像系统的原理、特点及影响其性能和成像距离的因素。对激光主动成像模型、ICCD探测器性能、灵敏度指标换算和目标识别性能进行了分析计算。依据入射辐照度和探测器辐照度灵敏度,建立了探测距离公式和入射辐照度需大于探测器辐照度灵敏度2倍的距离估算方法。采用808 nm波段激光进行的主动成像实验证明了理论分析的有效性。     

激光干扰对红外成像探测器MTF影响的仿真研究

分析了激光辐照对成像探测器的软损伤效应,尤其是成像探测器光学性能的退化效应.通过探测器仿真软件模拟了激光辐照前后的斜缝成像效果,并使用二维傅里叶变换法获得了辐照前后的系统MTF值,证明了激光辐照对MTF的影响.     

基于“猫眼效应”的激光主动成像探测系统性能分析

通过对调制对比度限制下的作用距离建模,文中分析了激光主动成像探测系统的性能.首先描述了系统组成,然后通过调制对比度的表达式导出了作用距离模型,最后根据"猫眼"目标和漫反射目标不同的特性分别进行了仿真计算.结果表明:激光主动成像探测系统基于"猫眼"效应探测时性能大大提高.     

大气条件下的激光主动成像仿真研究

基于距离选通的激光主动成像能够克服被动成像的缺点在低光照的条件下对目标清晰成像。根据成像的基本过程和模块化思想,建立了激光成像链路的7个数学模型,分别是激光发射模型、目标模型、目标和平台的运动模型、大气模型、接收光学系统模型、ICCD成像模型和噪声模型,研究了目标反射激光能量在各环节的传递情况,仿真得到了大气条件下的激光图像,通过对比分析实验图像,验证了模型的正确性。     

利用空间散射模型进行水声目标成像的研究

以水声运动目标成像与信号分析为背景,提出了该情况的空间散射模型,并利用此模型对成像声呐接收的回波信号进行了仿真.对仿真信号的分析,说明了该空间散射模型的正确性.以空间散射模型以及仿真回波信号为基础,对球体目标进行了三维成像,并分析了成像的性能.具体的成像过程利用FFT波束形成算法.分析结果说明了水声运动目标体积、距离等因素的影响情况,特别强调了目标运动所造成的影响.这为成像回波信号研究和成像声呐研制提供了理论工具和仿真手段.     

水下激光成像系统的MTF分析

讨论了用调制传递函数(MTF)表征水下激光成像质量特性及其影响因素的量值关系,给出了计算该系统MTF的理论近似公式,得出了MTF与空间角频率、目标距离及接收视场角的关系,结果表明采用窄视场的同步扫描技术能有效地提高系统的成像质量。     

激光主动成像系统探测距离方程的研究

为了计算激光主动成像系统的探测距离,借助于激光照明模型,根据成像过程中影响系统成像质量的因素,推导了激光主动成像系统的探测距离方程.根据相机发现识别目标所需要的信噪比阈值,脉冲激光器、ICCD接收器的性能指标,大气消光系数等参数,估计了激光主动成像系统的最大探测距离.利用工作波长为0.532μm的固体激光器,Basler 201b相机,以及基于CPLD技术设计的距离选通同步控制板,进行了主动成像实验,并对系统最大距离方程进行了仿真与验证.     

激光主动成像系统探测距离的计算与仿真

为了准确计算主动成像系统的工作距离,利用激光照明模型,根据成像过程中影响系统成像质量的因素,建立了激光主动成像系统的信噪比模型。根据相机发现识别目标所需要的信噪比阈值,脉冲激光器I、CCD接收器的性能指标,大气消光系数等参数,推导出激光主动成像系统的工作距离公式。利用工作波长为0.532μm的脉冲Nd∶YAG激光器,CCD相机,以及基于CPLD技术设计的距离选通同步控制板,进行了主动成像实验,并且完成了系统探测距离的计算与仿真。     

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。     

激光选通成像系统MTF与SNR的仿真与实验研究

距离选通技术能有效提高主动成像系统的信噪比,但远距离选通成像系统的调制传递函数(MTF)和信噪比(SNR)与被动成像系统存在较大差异。分析了影响主动成像系统MTF与SNR的主要因素,推导了主动成像系统SNR与照明光强闪烁率的关系。分别使用氙灯和半导体泵浦的固体激光器进行了远距离主动成像实验,测得成像系统空间分辨率与湍流强度和光强闪烁率之间的关系与理论计算吻合。     

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。     

FY-2卫星热红外波段MTF在轨评价及其在改进图像质量中的应用

提出了基于理想斜坡模型及目标延拓空间卷积变换的采样成像系统热红外波段MTF在轨评价方法.仿真结果表明,该方法对性能良好的成像系统而言,系统特征MTF值的绝对评价误差约0.05.同时,利用2006～2008年间的观测数据,定量评价了FY-2C卫星热红外通道的系统MTF特性,与卫星发射前地面测试结果基本一致.采用在轨评价得到的系统点源扩展函数(PSF),对FY-2C卫星热红外通道图像进行了复原处理,得到了清晰度更高的图像产品,并给出了对典型台风监测结果的改进.传统在轨MTF评价方法中采用的理想阶跃模型,可视为理想斜坡模型中参数Nslope为0时的特例.因此,该方法同样适用于可见光、近红外波段的在轨MTF评价.     

室内模拟环境下动态调制传递函数检测方法

针对车载视觉智能感知、低空区域防务等光电成像系统远距离观测动态性能测评需求,研制了室内运动目标模拟系统。基于线性移不变系统模型,分析了“三杆靶”、“四杆靶”靶标MTF测量原理,提出了一种基于变频栅条靶标的动态MTF检测方法,给出了变频靶标设计方案和MTF解算方法。完成了“三杆靶”和变频靶标测量方法的静态和动态MTF对比测试实验。实验结果表明:提出的变频靶标动态MTF检测方法与“三杆靶”测量方法相比,在静态MTF检测时测量数据的相对最大偏差比率为1.9%,动态MTF检测时测量数据相对最大偏差比率为2.8%,是一种高精度数字化动态MTF检测方法。该方法可以从一幅靶标图像中解算出MTF曲线,在动态MTF检测技术领域比“刀口法”、“三杆靶”、“四杆靶”等方法更具优势。     

带摆镜的二维扫描制冷红外光学系统设计

带摆镜的像方扫描光学系统通常只在一维方向扫描成像,当摆镜在二维方向摆扫成像时,摆镜方位俯仰耦合运动带来的对光轴指向、光斑尺寸、成像性能等影响不能忽略。分析了不同的摆镜扫描光学系统的基本形式,并对像方摆镜扫描光学系统二维摆扫带来的影响进行了分析。对内轴为方位、外轴为俯仰的像方摆镜在不同的二维摆扫角度下的入射光轴指向和窗口处光斑尺寸进行了理论计算,提出了二维像方摆镜扫描光学系统设计与分析方法。利用Zemax建立了二维像方摆镜扫描光学系统模型,仿真分析了不同方位俯仰摆扫角度下的成像性能、光轴指向以及窗口挡光情况。在不同方位俯仰角度下,光学系统在17 lp/mm处MTF均大于0.4,窗口极限挡光小于21.4%。     

水下激光成像分辨率影响因素的理论分析

讨论了用调制传递函数（ＭＴＦ）表征水下激光成像质量特性及其影响因素的量值关系，给出了计算该系统ＭＴＦ的理论近似公式，得出了ＭＴＦ与激光束光斑的大小，目标的距离，接收视场角及光功率的数量关系，结果表明准直光斑的减少和采用窄视场的扫描技术能有效地提高成像的分辨率。