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。     

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。     

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.     

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。     

基于距离选通的激光主动成像技术的研究

距离选通激光主动成像可在恶劣环境条件下有效克服大气后向散射和背景干扰,得到被观测目标的高对比度图像.详细分析了大气后向散射对主动成像系统的影响,阐述了距离选通成像技术高速门控成像的原理,并就构成距离选通激光主动成像系统的关键器件如光源、像增强CCD(ICCD)、接收光学系统提出了具体性能要求和选取中需遵循的依据,文章最...     

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。     

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。     

全局参数估计的水下目标偏振复原方法

水体介质对光的吸收和散射是导致水下成像退化的两大主要影响因素。针对水下目标成像,本文提出了一种全局参数估计的水下目标偏振复原方法,利用构建的精简水下目标偏振重构模型,通过自动估计全局最优偏振信息重构参数,复原出水下目标图像,降低水体对图像质量的影响。在估计重构参数的过程中,首先,采用偏振中值滤波方法和基于亮原色原理的方法,分别估算水下背景光偏振度信息和无穷远处水下背景光强值;再利用基于最小互信息原则对估计的背景光偏振度信息进行优化;然后采用水下目标偏振图像增强算法将得到的水下目标重构图进行细节增强处理,最终获得复原后的水下目标辐射信息图。实验结果表明,在性能评价指标方面,相较于水下原图和其他水下复原方法处理图,利用本文方法处理后所得的图像增强测量值EME平均提高了120%,图像质量得到了明显的改善。该方法解决了人工取景估计参数不佳的问题,提高了复原目标图像的对比度,可以用于浑浊水下的目标探测与识别。     

红外搜索跟踪系统作用距离的分析

作用距离是红外搜索跟踪系统的主要技术指标之一,是系统本身性能、目标特性、大气环境等多项因素的函数,是一个非常复杂、难以精确计算的问题.由Hudson手册给出的传统红外系统作用距离方程具有一定的局限性.基于满足红外探测器的最低可探测信噪比,综合考虑目标成像弥散斑和背景辐射的影响,深入分析了扫描成像系统和凝视成像系统的作用距离方程.为系统的设计和应用以及综合性能的评价提供了理论依据.     

水下声信号的激光干涉测量

为准确测量水下目标的发声频率,在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时,用激光照射水面,携带声波信息的水面散射光与参考光干涉,利用精密光学测量装置探测光程差的改变,通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带,频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明,水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级,系统可以实时探测出4～15kHz的水下声信号,且测量标准偏差7Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。     

稀疏基阵水下声成像的压缩感知方法

声传感器基阵式成像是水下目标探测的主要方法之一。在保证成像质量的同时,采用稀疏基阵是降低系统复杂性的有效途径。另一方面,成像方法也是关键技术之一,其性能直接决定成像质量的优劣。在前期研究的稀疏阵基础上,提出了压缩感知成像方法用于水下成像。回波经传感器基阵接收并进行信号分离后,获得各虚拟通道信号,利用压缩感知方法进行成像。在提出的成像方法中,采用了自适应块贝叶斯算法,它能够在噪声环境下较为准确地恢复图像。此外,根据声信号特点设计字典,并按算法特性设计了数据排列规则。实验表明:通过自适应块贝叶斯算法的压缩感知成像能够可靠地对水下目标进行成像,目标的几何特征明显。     

基于梯度先验的水下图像恢复

由于水体对光线的吸收和散射作用,水下图像呈现出强衰减、高噪声和色彩畸变等问题,难以满足视觉观察和图像分析的需求。针对这一问题,提出了一种基于梯度先验的水下图像恢复方法,用以提高水下图像质量。首先,根据水下成像特性,建立水下图像梯度先验,水下图像中目标反射信息(水下清晰图层)的梯度大于散射噪声信息(水下噪声图层);其次,根据水下成像模型,对上述梯度先验进行表征建模;最后,建立水下图像的梯度分布优化函数,采用半二次优化方法分离出目标反信息,作为水下图像恢复结果。以UEIB和RUIE数据集为实验样本,与近年来所提出的5种水下图像处理方法进行比较,方法在定性和定量两类评价中均获得了出色的处理结果,峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)和水下图像质量评价指标(UIQM)评价指标分别达到20.066 5、0.696 1和3.902 9,均优于对比方法。因此,该方法能够有效地抑制水下图像噪声,提高水下图像的信噪比、清晰度和对比度。     

Turbidity-adaptive underwater image enhancement method using image fusion

Clear, correct imaging is a prerequisite for underwater operations. In real freshwater environment including rivers and lakes, the water bodies are usually turbid and dynamic, which brings extra troubles to quality of imaging due to color deviation and suspended particulate. Most of the existing underwater imaging methods focus on relatively clear underwater environment, it is uncertain that if those methods can work well in turbid and dynamic underwater environments. In this paper, we propose a turbidity-adaptive underwater image enhancement method. To deal with attenuation and scattering of varying degree, the turbidity is detected by the histogram of images. Based on the detection result, different image enhancement strategies are designed to deal with the problem of color deviation and blurring. The proposed method is verified by an underwater image dataset captured in real underwater environment. The result is evaluated by image metrics including structure similarity index measure, underwater color image quality evaluation metric, and speeded-up robust features. Test results exhibit that the method can correct the color deviation and improve the quality of underwater images.     

水下双目立体视觉对应点匹配与三维重建方法研究

针对水下双目立体视觉成像稠密立体匹配因不满足空气中极线约束问题,提出一种水下对应点匹配与三维测量方法,可将水下双目相机采集的立体图像校正为符合共面行对齐原则的图像对,再套用空气中成熟的立体匹配方法得到水下左右相机图像视差图,从而实现水下目标的三维重建。首先,将进入相机的所有光线总和看成光场,采用四维光场参数表达对每一条光线建模,据此建立相机的折射成像模型和双目立体视觉模型并计算光线的方向向量;根据光线的光场表达将光线转化为点矢量的形式,计算方向图像上任意像点对应原图像的像素坐标并确定位置映射关系。通过插值即可快速得到符合行对齐原则的左、右方向图像,并最终获得每条光线对应的视差图。仿真结果表明,方向图像的行对齐误差小于0.8 pixel。水池实验采用事先标定的靶球作为目标物,利用随机散点主动投射以增加目标物表面的纹理信息,对靶球多次测量的均方根误差为2.8 mm,具有较高的测量精度。     

基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统

水下实时三维成像声纳系统可以有效地提高对水下目标探测及识别的能力,本文提出基于稀疏面阵的实时三维成像声纳系统,该系统包括3个部分:窄带信号发射系统、稀疏布阵接收系统及信号处理系统。信号处理系统在远场情况下采用二维FFT波束形成获得目标三维成像,近场情况下采用自聚焦二维FFT波束形成获得三维成像结果。相比于直接相移波束形成,稀疏布阵情况下采用二维FFT波束形成算法具有更小的计算量和内存需求量的优势。基于该成像算法,设计并实现一套实时三维成像声纳系统,通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试,实验结果表明:该系统可以获得水下近场及远场目标的三维图像并满足实时成像的要求。     

基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究

随着海洋工程领域的不断发展，如何高精度地获取水下物体的三维点云具有重要学术和应用价值。由于光在不同介质中传播会引起光路的变化，导致水下线结构光视觉测量获得的点云受折射畸变影响，精度降低。针对上述问题，设计了一种基于线结构光的水下旋转扫描测量系统。提出了一种轴眼标定算法，能够将多视角水下点云配准到统一坐标系中。提出了一种引人折射补偿的水下相机成像模型，该模型可准确的描述激光在不同介质间传播过程中的光路，基于水下激光平面方程的约束，对水下点云进行折射校正，提高了水下点云的重建精度。水下测量实验结果表明，提出的高精度测量方法能够获得水下物体的三维点云信息，可测量水下目标的尺寸信息，距离目标30~80cm 时测量精度达到0.2mm，满足了水下目标三维高精度测量要求，     

基于二维各向异性高斯拟合评价探测相机的成像质量

为了定量评价探测相机的成像质量,提出用二维各向异性高斯函数拟合的方法来评价相机的成像效果。用探测相机采集星模拟器产生的无穷远处的点目标,形成在一定区域内的能量分布。以拟合后的高斯能量分布与原分布的相关度最大为判据,对此能量分布进行二维各向异性高斯拟合,得到其高斯半径、异化因子等参数;对拟合后的结果进行数值积分得到80%能量所占区域的大小。实验结果显示:相关度的引入,实现了背景阈值、异性因子的自动优化,减少了面阵探测器的噪声对测试结果的影响;而异性因子的引入,对像素相位误差的评估、光学系统像差对测试结果的影响,均可作为弥散斑测试定量确认的依据。测试实验显示:弥散斑等效面积圆直径测试重复性在"十"字工况吸收为0.15pixel,在"田"字工况下为0.19pixel。提出的方法完成了探测相机对点目标所成弥散斑的测定,很好地控制了探测相机的成像质量。     

车辆载体运动对摄像系统成像的影响分析

车辆栽体的随机振动影响摄像系统的成像质量,后续系统诸如目标跟踪和侦察预警系统的精度和稳定性.通过分析随机振动的特点及其产生的原因,可知随机振动受路面不平度、车辆载体类型和载体运动速度等因素的影响.根据采集的实际动态图像序列,分析摄像系统在不同影响因素下随机振动的特点.实验结果表明,车辆载体运动引起的图像帧间模糊和帧内模...