106 μm激光对CCD、CMOS相机饱和干扰效果对比研究

为了对比激光对CCD、CMOS两种图像传感器的干扰效果,利用106 μm高重频激光开展了对CCD、CMOS两种相机的饱和干扰实验研究,分析了两种相机在干扰有效面积、饱和干扰面积、干扰前后图像相关度等与激光入射功率之间的关系。实验结果表明:CMOS相机达到单元像素饱和的激光功率阈值是CCD相机的20倍;要达到相同的干扰有效面积,所需的激光功率CMOS相机要大于CCD相机10倍～100倍;要达到相同的饱和像元数,所需的激光功率CMOS相机比CCD相机约大10倍～60倍。因此,CMOS相机要比CCD相机具有更好的抗106 μm激光干扰能力。     

1.319μm连续YAG激光束对可见光面阵CCD系统的干扰研究

 利用1.319μm连续钇铝石榴石激光对可见光面阵CCD系统进行干扰实验，分析了该CCD系统发生干扰饱和的原因，计算了1.319μm激光辐照面阵可见光CCD的干扰饱和阈值，利用实验数据在定量上验证了计算结果。当像面上激光功率密度达到10²W/cm²量级时，CCD出现饱和串音，达到10²W/cm²量级时，出现全屏饱和。     

连续激光对3通道CCD相机的饱和干扰效应

为研究宽覆盖多光谱相机的激光干扰效应,利用红、绿、蓝3种波长激光对3通道CCD(3CCD)相机进行饱和干扰实验,测量得到了不同波长对应3CCD相机不同通道的饱和阈值,通过研究3CCD相机的工作原理,对一定波长辐照下3CCD不同通道饱和阈值差别进行分析,并在实验中对比研究了同一功率下,单波长和多波长耦合的饱和干扰效果,实验结果表明,多波长耦合要优于单波长的干扰效果。     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

功率谱在高分辨率遥感相机检调焦中的应用

检调焦是高分辨力遥感相机得到高质量图像的关键技术之一。线阵CCD遥感相机在推扫过程中地面景物不断变化,而一般的图像清晰度评价函数只能在相同的图像内容下作比较来判断系统是否合焦。在介绍了遥感相机离焦原因及常用检调焦方法的基础上,用遥感图像验证了图像的功率谱对自然景物具有一定的不变性,分析了将其用于相机检调焦的可行性。实验表明,在系统合焦时,不同图像的功率谱值基本相同;而系统离焦时,功率谱值随着离焦程度的增加而逐渐减小,以此提出了以两幅不同图像功率谱的比值作为CCD遥感相机调焦的评价函数。     

激光探测过程中CCD的串音饱和现象分析

为了验证激光辐照CCD时产生的串音饱和现象,从理论上给出了单束激光辐照下CCD发生串音饱和时的物理模型,并在此基础上给出了两光束入射情况下CCD发生串音饱和时的物理模型。通过定量计算得到了激光入射能量密度与CCD饱和像素数量的关系曲线和具体数据,并通过实验进行了验证。理论和实验结果表明,入射激光功率密度与CCD饱和区域面积之间呈非线性关系。当两束光同时进入CCD时,其中一束光的功率的增加会对另一束光的探测起到明显的干扰作用。     

激光辐照TDI-CCD相机饱和串扰效应及侧斑建模仿真分析

根据推扫式线阵TDI-CCD成像系统的信号存储、传输与转换原理,分析了其在激光作用下产生不同饱和串扰现象的机理,建立了激光辐照TDI-CCD红外相机饱和串扰效应模型;考虑了视场外激光干扰过程中出现的侧斑现象,同时借助光学追迹模型,实现了连续激光干扰星载红外相机的成像仿真过程;通过图像质量评估因子定量分析了不同入射条件下激光辐射对相机输出图像质量的影响。结果表明:入射角不同,激光成像结果不同.选用1.064μm视场外激光在一定入射条件下,当改变激光入射角从2.86°到2.89°时,激光将出现侧斑;当激光功率密度提高1~4倍,光斑干扰面积百分比将不同程度的扩大.     

固体发烟剂烟雾几种波段透过率测试

为了获得固体发烟剂烟雾对几种光学波段的衰减数据,针对发烟剂的特定成分,采用烟箱法对其产生的烟雾在可见光0.4 μm~1 μm宽波段、1.06 μm激光波段、10.6 μm激光波段和远红外8 μm~14 μm波段进行透过率测试,获取3种干扰剂烟雾对不同波段的质量消光系数,得到4种波段在不同浓度不同干扰剂下的3组透过率曲线。测试结果表明:在4.8 m烟道上、发烟弹烟雾浓度<1.094 7 g/m3的条件下,10.6 μm激光透过率较1.06 μm激光高出一倍;红外热像仪的功用远优于硅CCD相机。     

CCD相机对14MeV和2.5MeV中子瞬态响应特性

从理论上分析了中子在CCD相机拍摄图像中引起的瞬态干扰噪声的机理,并针对两种不同类型的CCD相机,在能量为14MeV和2.5MeV的低强度稳态中子源上开展了实验研究,分析了噪声特征与入射中子能量、入射角度、注量及CCD相机结构的关系。实验结果表明中子瞬态干扰噪声主要表现为脉冲噪声,且出现斑点现象,与理论分析结果相吻合。研究得出了噪声特征随入射中子注量变化的规律,比较了不同能量及不同入射角条件下的噪声特性,并分析了两种不同结构的CCD相机响应特性的差别。     

基于图像处理技术的航空相机镜头焦面自准直定位研究

提出基于图像处理技术的航空相机镜头焦面定位的方法,利用光电自准直原理进行焦面定位,并选用两种图像清晰度评价函数实时提取图像清晰度特征,采用优化的爬山算法进行快速检焦。仿真实验结果表明:利用本系统对焦距为750 mm,F数为6.3,CCD像元尺寸为6.8 m6.8 m,成像光谱为500 nm~800 nm的航空相机进行焦面定位精度测定,得到相机的半焦深为0.040 mm,可用于航空CCD相机的焦面检定及航空CCD相机的自动调焦系统。     

红外激光对可见光CCD成像系统的干扰

采用连续波红外激光对可见光面阵CCD成像系统进行了干扰实验,观察到饱和串扰、全屏饱和等干扰现象,并测到串扰阈值小于2.0×102W/cm2,全屏饱和阈值为1.2×104W/cm2。通过分析CCD输出电压、视频信号,提出基于有效干扰面积的干扰效果评估方法,并利用该方法对干扰面积与激光功率密度、辐照时间之间的关系进行了半定量分析。结果显示:激光功率密度对干扰效果的影响较大,而辐照时间在0.5~2.0 s之间时,辐照时间对CCD干扰效果的影响不明显。     

光纤组束激光对可见光硅CCD的有效干扰距离分析

为了分析光纤组束激光对可见光硅CCD的有效干扰距离,对组束激光功率及可见光CCD的饱和阈值进行了分析。在弱湍流和热晕条件下对组束激光的远场功率密度进行了数值计算,计算结果表明该条件下组束激光对可见光CCD的有效干扰距离达到10km左右,组束激光是未来实施光电干扰的又一有效途径。     

基于光纤组束激光的激光干扰技术研究

为了增强激光干扰技术的机动性和灵活性,迫切需要体积小、重量轻的高功率激光干扰源。通过理论分析和数值计算,结果表明,光纤组束激光具有接近80%的组束耦合效率,并可以达到10kW量级的输出功率。以硅材料CCD为例,该功率量级的组束激光可以有效地实施对光电探测器的饱和干扰以及由温升导致的硬损伤。光纤组束激光是一种新型的激光干扰源,在机载光电对抗领域具有广泛的应用前景。     

光纤激光泵浦周期极化晶体双波段激光器

针对激光定向干扰系统要求对抗1 m ~3 m和3 m ~5 m 2种类型探测器,需要输出相应2种波段激光,通过高重频调Q技术和种子注入光放大技术,获得高功率高光束质量1.06 m光纤激光输出,外置起偏器获得2束激光输出,分别为泵浦周期极化钽酸锂和周期极化铌酸锂晶体,实现高功率1 m ~3 m 和3 m ~5 m激光输出。在电源输入电流60 A,调Q驱动频率50 kHz的条件下,获得最高功率7.5 W的2 m激光和4.2 W的3.9 m激光,频率转换效率为39.5%。实验结果表明:通过光纤激光器泵浦光参量振荡器,可获得高功率1 m ~3 m和3 m ~5 m双波段激光输出。     

实时测量的X射线针孔相机信号强度估算

 对用X射线CCD作测量设备的在线针孔相机信号强度进行了估计。利用激光原型装置柱腔能谱曲线、PI-SX1300型号X射线CCD的量子效率曲线分别对在CCD加Be滤片和加不同材料的平面镜两种情况下的针孔相机成像获得的Ｘ射线信号在CCD上的信号强度计数进行了估算,结果表明：厚度不大于200 μm的Be滤片只能将信号强度的计数降低一个量级;3°入射的金平面镜,5°入射的镍、碳平面镜和硅平面镜虽然也可将信号强度计数降低一个量级,但这两种衰减方法得到的强度计数超过了CCD的饱和计数值。计算了不同厚度的Be滤片结合平面镜的针孔相机对信号强度计数的衰减情况,结果表明：Be的厚度在20～40 μm时,平面镜选择3°入射的金平面镜或者5°入射的镍平面镜,两者结合可以较好地衰减信号。     

Surface Shape Measurement by Wavelength Scanning Interferometry Using an Electronically Tuned Ti:sapphire Laser

We developed a high speed and high resolution surface shape measurement system based on wavelength scanning interferometry with an electronically tuned Ti:sapphire laser. This laser emits pulses and the wavelength of each pulse can be tuned arbitrarily within 680 nm and 1056 nm. We also designed a high speed multiport CCD camera as a detector. This camera is synchronized with wavelength scanning of the laser at the frequency of 250 Hz. We could measure the object shape with a height resolution of 3.05 μm at the tuning range from 740.0 nm to 842.3 nm. By simple parabolic curve fitting to the Fourier peak of interference signals from each CCD pixel, the height resolution has been improved to the order of submicrometers.     

Measuring principle of vertical target density based on single linear array CCD camera

In consideration of the complexity and the high cost of the dual CCD intersection vertical target when it is used indoor. A novel measuring principle of one linear array CCD camera vertical target is presented. One low-power semiconductor sector-like laser with projection board is used to be the lamp-house of the CCD camera. The detection light screen of the CCD camera and the laser lamp-house are adjusted to same plane. When the projectile through the detection light screen, it blocks the part light of the laser and leaves a shadow of projectile on the board. The shadow and its coordinate are acquired and calculated by the CCD camera and computer, and the projectile coordinate of X and Y can be gotten through image processing and further calculation. The measuring principle and the formulas are given, and the measuring error is analyzed. The result indicates that the coordinate error of X and Y less than 1.5 and 2.2 mm, respectively, when the detection light screens is 1 m × 1 m, The principle presented has the advantages that measurement principle is simple, low cost and easy engineering.     

长脉冲激光对组成CCD图像传感器的MOS光敏单元的硬破坏机理研究

以帧转移型面阵CCD图像传感器为例,采用有限元法研究了波长1.06 μm,脉宽ms量级长脉冲Nd:YAG激光与组成CCD传感器的MOS光敏单元的作用过程及硬破坏机理.建立了长脉冲激光辐照MOS光敏单元的热力耦合模型,模拟了MOS光敏单元的温度分布和应力分布.研究结果表明:在长脉冲激光作用下,由于S层表面径向压应力超过其抗压强度引起MOS光敏单元出现了OS层间分裂,进而受径向、环向和轴向压应力的共同作用下,在光敏单元还未熔融时,层间分裂就扩大至光敏单元的整个OS层间.OS层间完全分裂会使光敏单元发生硬破坏,并造成CCD传感器中激光照射区的单个或一列光敏单元的功能完全失效.文章的研究结果可为CCD图像传感器的激光损伤及防护提供必要的理论依据. 关键词： 长脉冲激光 CCD图像传感器 硬破坏机理 层间分裂