基于小波能量和光斑尺寸的干扰图像尺度分析

介绍了激光干扰对CCD成像系统的影响,从影响光电成像系统目标检测性能的角度阐述了激光干扰图像与背景杂波的相似性.针对激光干扰图像的频率特性,利用小波分析在图像处理中的优势,结合机器视觉中背景杂波的量化尺度,提出了基于小波能量和光斑尺寸的综合图像尺度.对典型激光干扰图像的小波分析显示,随着激光干扰功率的增大,干扰图像中的低频分量和高频分量会同时增加,图像中的光斑可被看作是低频分量,光斑周围“斑驳状”的散斑是高频分量,类似于盐噪音.激光视场内干扰实验及数值计算表明:激光干扰会降低Otsu算法分割准确度,增加相关检测虚警概率,该尺度将干扰图像的高频分量和低频分量结合起来,同时克服了单一光斑尺度和小波能量尺度的局限性,能够较好地评估视场内激光干扰CCD成像系统的效果.     

基于准Littrow结构的高动态近红外光谱仪研究

近红外光谱仪是重要的光学分析仪器,具有重要的应用价值。为了实现近红外波段高动态、可调谐分辨率光谱的探测,设置入射狭缝、中间狭缝和出射狭缝,构建了基于准Littrow结构的单光栅双路光谱仪,并利用Zemax软件进行光学系统仿真。在此基础上,研制了实验室用近红外光谱仪,包括光机模块、控制分析模块和探测模块,系统的工作波长为600~1700nm。结果表明:光束以准Littrow角2次经过平面光栅,能有效消除出射光斑的空间色散效应,减小出射光斑的几何尺寸,进而有效抑制光谱信号的边模噪声和降低杂散光强度;光路系统配合自主研制的高动态光电探测系统扩大了获取光谱信号的动态范围;经过光谱标定和相对辐射标定后,利用构建系统对窄带宽激光光源进行探测,系统最高的光谱分辨率(即半峰全宽)优于0.05nm,测得复原激光光谱在中心波长±1nm范围内的动态范围优于70dB。     

基于DMD的高动态范围场景成像技术

为了对高动态范围场景进行实时有效的观测,设计了一种采用数字微镜器件作为空间光调制器的成像系统.通过改进数字微镜器件的驱动时序,提高数字微镜扩展成像系统动态范围能力.针对光学系统存在畸变,采用多项式拟合法获得数字微镜器件到图像传感器的精确映射关系.针对一般调光算法导致调光后图像可视性差的问题,引入色阶映射算子生成调光模板,获得符合人眼视觉特性的调光结果.实验结果表明,在10帧/s的条件下采用数字微镜器件可提高传统成像系统动态范围66dB,成像系统总的动态范围达到126dB,图像传感器控制准确度达到0.69个像素级别,调光后场景高亮目标与暗背景可同时观测到,调光后采集图像的信息熵得到提高,系统满足对高动态范围场景实时成像观测的需求.     

抑制太阳光引起的探测虚警研究

为了解决成像型激光探测系统外场试验常易出现的太阳光虚警问题,提出了一种通过提高图像帧频抑制太阳光虚警的方法,讨论了该方法的适用性,给出了最佳频帧的选取办法,并在外场太阳直射条件下进行了实地验证.结果表明,该方法可减小探测系统对背景的积分时间,有助于缩小太阳周围虚警杂光的成像范围,有利于抑制虚警,为成像型激光探测系统后续...     

基于CdZnTe像素阵列探测技术的伽玛源成像

根据高能射线针孔成像理论,采用CdZnTe像素阵列探测器建立了直接成像探测模式的伽玛源针孔探测系统。测试分析了CdZnTe像素阵列探测器的能量分辨力及峰值效率,讨论研究了针孔成像探测系统的调制传递函数和附加噪声特性,测试获得直径5mm137Cs源的探测图像,采用Lucy-Richardson迭代算法得到了137Cs源的复原图像。实验结果表明:CdZnTe探测器对662keV137Cs源的能量分辨力为6.25%～7.50%,峰值效率65.0%～72.5%;成像系统探测图像存在一定扩散现象,所采用的Lucy-Richardson迭代复原算法能较好地修正图像扩散,提高探测图像中心区域细节分辨力;估算所得137Cs源尺寸误差约0.5mm,所建立的CdZnTe针孔成像探测系统能有效得到小尺寸伽玛源的辐照强度分布及尺寸信息。     

激光导星动态聚焦系统模拟分析及设计

增加激光导星的散射层采样厚度可以提高波前探测器的探测能量,但是存在探测光斑弥散问题。针对该问题,分析并设计了动态聚焦系统。首先分析了采样厚度对波前探测能量的影响,结果显示,波前探测能量随着采样厚度非线性增大,当采样厚度为4 km、激光脉冲能量为10 m J时,望远镜子孔径接收到的光子数为120,满足探测精度要求。然后分析了光斑弥散对波前探测精度的影响,当采样厚度为4 km时,波前探测误差约为0.5λ,探测误差较大。为了实现精确探测,依据分析结果设计了动态聚焦系统,将聚焦反射镜的移动距离由111 mm缩小到100μm、移动速度由4200 m/s降低到3.8 m/s,满足应用需求。最后利用Zemax软件进行优化,结果表明,对于4 km采样厚度,光学系统均能实现理想成像。     

隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术

结构光照明成像在近距离高分辨率物体三维测量方面具有重要应用。在传统结构光照明成像的基础上,提出了隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术,对实际目标进行了三维轮廓获取,并对动态背景光的抗干扰能力进行了详细的分析和验证。基于激光干涉原理产生的结构光,投射两束正交偏振光束到物体表面并不产生干涉条纹,采用同步相移探测技术实现结构光条纹的探测和再现。采用同步相移探测技术,可同时获得4步相移条纹图像,有效降低了背景光的干扰,提升了动态三维成像的能力。理论研究了隐形结构光的成像原理及动态背景光抑制机理,搭建了实验验证装置,获得了动态背景光干扰下实际目标的三维重建图像,实验结果与理论分析吻合。     

目标测偏统计用于对成像制导的激光干扰效果分析

对成像制导武器的激光干扰是一个复杂的过程,当干扰源或干扰对象的参数以及两者之间的相对关系发生变化时,都会对干扰效果产生影响。提出了一种基于目标图像测量统计的干扰效果评估方法,对CCD成像探测系统的激光干扰进行了仿真试验,结果表明目标测偏量的均差和方差能够直接反映CCD成像跟踪系统在激光干扰下的受干扰程度,是对成像制导的激光干扰效果分析的一种有效途径。     

全局快门sCMOS图像传感器数字TDI微光成像技术

为实现高分辨率大动态范围的空间微光(LLL)成像,提出基于全局快门科学级互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器的数字域时间延迟积分(TDI)微光成像方法。通过推导数字域TDI成像数据处理方法,建立了系统信噪比(SNR)模型,提出了数字域TDI大动态范围成像方法,并分析了速度失配导致的调制传递函数(MTF)退化现象。实验结果表明,该方法能够明显提高微光成像质量,当数字域TDI积分级数为30时,系统SNR由未积分的5.04dB提高到19.78dB,动态范围比传统数字域TDI方法提升了29.54dB,为实现高分辨率大动态范围空间微光成像提供了保障。     

激光参数对红外成像系统干扰效果影响的实验研究

 针对激光对红外成像系统的干扰效果是光电对抗领域的一个研究热点,采用波长10.6 μm的CO2调谐脉冲激光器,通过漫反射板反射激光能量到像元数为320×240的多晶硅非制冷焦平面红外热像仪上进行激光干扰红外成像系统的实验。在实验中研究了干扰激光能量、重复频率、波长、光斑大小等激光参数对干扰效果的影响,并从图像质量的角度分析了激光参数对干扰效果的影响。结果表明,随着干扰激光能量密度、重复频率、波长和光斑的增大,干扰效果提高。此外,漫反射干扰的效果证明这种干扰方式是可行的,该方式可避免干扰源成为未来将出现的反辐射光电制导武器的诱饵,为CO2激光干扰装备提供一种新的战术配置方法。     

采用3×3耦合器的分布反馈式光纤激光传感器解调技术

为了实现分布反馈式光纤激光传感器(DFB FL)大动态范围、稳定解调,建立了基于3×3耦合器的迈克尔逊干涉仪解调系统。对该系统所采用的对称解调算法(NPS)和反正切解调算法进行了深入研究。首先,介绍了基于3×3耦合器解调算法的原理及耦合器不对称时的调校方法。接着,对干涉仪所需最小非平衡路径长度的选取与系统强度噪声、激光器频率噪声的关系进行了分析。最后,针对NPS算法与反正切算法最大可解调信号幅度进行了分析对比,并研究了微分器对对称解调方法解调范围的影响。实验结果表明:NPS算法动态范围高于反正切算法,微分器的幅频特性不理想会减小解调动态范围。在采样频率为125 k Hz、信号频率为1 k Hz、干涉仪非平衡路径为100 m时,NPS算法与反正切算法的动态范围分别达到96 d B和90 d B。用解调前调校的方法,基于3×3耦合的解调方法动态范围大,能够实现稳定解调,满足工程应用要求。     

智能激光测距机组件检测系统

为了解决目前各激光测距机检测仪功能单一、检测准确度低等问题,研制了一种新型智能激光测距机参数检测仪.系统采用先进的控制技术和方便快捷的微机软件,且配有结构巧妙的分光束光学系统,能同时实现对测距机的光轴平行性、光束性能参数,包括光束发散能量、脉宽、编码准确度的测试;天线的视场和灵敏度测试;系统整体性能测试.2 048×2 048高空间分辨率CCD的引入,使系统的角分辨率达到了5″;15 GHz示波器用于捕获窄达 100 ps的激光脉冲;高准确度,大动态范围的激光能量计可精确测量出激光的能量.     

Wavefront reconstruction of high power laser diode array

A new method for the wavefront measurement of high power laser diode array with large dynamic ranges is presented. The wavefront sensor has a large dynamic range of −π/2 to π/2 and high precision on the measured wavefront slopes (±1′). According to the measurements of the slopes and intensity of the high power laser diode array, complex amplitudes can be obtained and the wavefront can be reconstructed. The reconstructed wavefront of high power laser diode array can be used in designing a laser beam shaping system in future work.     

3D laser scanner system using high dynamic range imaging

Because of its high measuring speed, moderate accuracy, low cost and robustness in the industrial field, 3D laser scanning has been widely used in a variety of applications. However, the measurement of a 3D profile of a high dynamic range (HDR) brightness surface such as a partially highlighted object or a partial specular reflection remains one of the most challenging problems. This difficulty has limited the adoption of such scanner systems. In this paper, an optical imaging system based on a high-resolution liquid crystal on silicon (LCoS) device and an image sensor (CCD or CMOS) was built to adjust the image's brightness pixel by pixel as required. The radiance value of the image captured by the image sensor is constrained to lie within the dynamic range of the sensor after an adaptive algorithm of pixel mapping between the LCoS mask plane and image plane through the HDR imaging system is added. Thus, an HDR image was reconstructed by the LCoS mask and the CCD image on this system. The significant difference between the proposed system and a traditional 3D laser scanner system is that the HDR image was used to calibrate and calculate the 3D profile coordinate. Experimental results show that HDR imaging can enhance 3D laser scanner system environmental adaptability and improve the accuracy of 3D profile measurement.     

CCD系统线性动态范围的标定

 提出了一种标定CCD图像采集系统动态范围的实用方法。利用尖劈形成一列光强逐级衰减的标定光源,结合插值法给出CAS-512A CCD系统的线性动态范围。可用于强激光领域中CAS-512A CCD图像采集系统的实用线性动态范围的标定。     

激光器参数综合检测系统设计

为解决目前各激光器检测仪功能单一、检测精度低等问题,研制了一种新型智能激光器参数检测系统。该系统采用现代控制技术和微机软件,且配有特定结构的分光束光学系统,能同时实现辐射器光轴平行性、光束性能参数（包括光束发散能量、脉宽、编码精度）、光轴稳定性测试和系统整体性能测试。通过引入红外自准直仪使系统的角分辨率达到了2″,借助示波器捕获窄达100ps的激光脉冲,高精度、大动态范围的激光能量计可精确测量出激光的能量。     

可调谐激光二极管吸收光谱系统信号分析及谱线畸变校正技术研究

利用可调谐激光二极管吸收光谱技术进行气体检测时,波长调制伴随的光强幅度调制,会使解调出的谐波谱线发生畸变.在傅里叶分析的基础上对可调谐激光二极管吸收光谱任意调制幅度的波长调制光谱信号进行了分析,给出了光强幅度调制引起吸收谱线畸变的理论解释.提出了在波长调制过程中进行旧步平抑幅度调制的方法来消除谱线畸变,设计了实验方案并...     

Design of a dynamic refocus system based on the Seidel aberration theory

This Letter presents an optical design method based on the Seidel aberration theory for dynamic refocus systems.The function of a dynamic refocus system is to increase the amount of return photons when a pulsed laser travels over an extended height range. In this study, the dynamic refocus system is a short focal image system. The aberrations of the dynamic refocus system are calculated individually. Aplanatic lenses are used to eliminate the main spherical aberration. A field lens is used to change the stop position in order to eliminate comas and astigmatism. The effectiveness of the initial design results are confirmed, and the designed dynamic refocus objective with an aperture of F-number 0.98 and a focal length of 14.325 mm is achieved. The total motion of the dynamic refocus mirror is approximately 216 at heights that ranged from 8 to 18 km. The optimum result shows that the dynamic refocus system is an ideal optical image system at each conjugating height with10 km sample thicknesses.     

以慢变化近似为基础的新型正弦相位调制半导体激光干涉仪

提出并在实验上实现了一种以慢变化近似为基础的新型正弦相位调制半导体激光干涉仪。原理上它不要求相位解调一次和二次谐波分量振幅在实验中必须保持相等，从而将动态范围提高了３－４个数量级且不损失精度。用压电陶瓷和微电机驱动位移。     

Predetector Processing of Lidar Returns in Atmospheric Laser Sensing

A range of devices used in predetector processing of a backscattered radiation flux in the laser receiving system is considered. These include a variety of spatial filters improving the signal-to-noise ratio and compressing the dynamic range by a controlled vignetting of backscattered radiation and special masks and rasters, including those for separating multiply scattered signals. Different configurations of polarization analyzers are proposed to determine the Stokes parameters in lidar returns.