小型条纹管数值模拟及实验研究

针对无人机载及星载激光成像雷达系统对条纹管的小型化、高空间分辨率与大探测面积的应用需求,研制了一台具有高边缘空间分辨能力、高亮度增益的小型条纹相机.采用球面光电阴极、球面荧光屏技术提高了条纹相机的边缘空间分辨率和探测面积,有利于增大激光成像雷达的探测视场;采用狭缝型加速电极代替传统栅网电极,有利于提高条纹相机的电耐性和可靠性;设计了加载高达-15 kV工作电压的像缩小型条纹管,增大了条纹管的亮度增益,有助于增大激光雷达系统的探测距离.测试结果显示：在有效工作面积16 mm×2 mm内,条纹管静态空间分辨率高于29.3 lp/mm@MTF=5%（MTF表示调制传递函数）,亮度增益高达39.4.条纹相机光电阴极处静态空间分辨率高于15 lp/mm@CTF=11.64%（CTF表示对比度传递函数）;边缘动态空间分辨率高于9.8 lp/mm@CTF=5.51%;时间分辨率优于54.6 ps@T_screen=4.3 ns（T_screen为全屏时间）且在整个工作面积内具有较高的一致性;动态范围为345：1@54.6 ps.同时,为满足不同的景深及探测精度需求,相机设置六个扫描档位,可以实现不同扫速下的超快速目标诊断.该条纹相机在无人机载及星载激光成像雷达探测中具有潜在的实用价值.     

超小型条纹管的动态特性研究

基于条纹相机的非推扫式激光雷达可以实现三维多光谱荧光及偏振成像,克服了传统雷达技术中由于目标和搭载平台之间相对移动形成的图像畸变,图像刷新率高,也便于小型化.本文针对这一新技术发展的需求设计了一款大面积(阴极有效面积?25)、超小型(阴极到荧光屏净尺寸为100 mm)、无栅网、球面阴极、球面荧光屏的条纹管,利用电子轨迹追踪法理论分析了偏转板位置对偏转灵敏度和空间分辨率的影响.动态分析演示了从阴极面狭缝上同时出发的光电子在条纹管内部不同飞行阶段的时间畸变过程,给出了条纹管在扫描工作模式下狭缝像弯曲所对应的定量时间畸变值.该条纹管极限时间分辨率优于30 ps,在其阴极狭缝长28 mm的范围内,边缘动态空间分辨率大于10 lp/mm,阴极狭缝为30 mm×50μm时条纹管的动态时间分辨率优于50 ps,放大倍率为1.2.     

多波段条纹管激光成像系统探测距离计算

基于条纹管激光成像的基本原理，分析了利用条纹管实现紫外到近红外波段激光成像的技术可行性，并对其性能进行了分析；建立了激光成像雷达方程，计算了不同波长在不同天气条件下的探测距离，并分析了各激光波长的应用领域和优缺点．     

环状干涉条纹成像技术的实验研究

 从傅里叶分析的角度来讨论环状干涉条纹成像的处理过程，并报道二维连续散射目标的成像实验。激光干涉条纹成像是利用激光源在空域形成的干涉条纹同目标间的相对运动来提取目标的图像信息。对利用环状干涉条纹的激光干涉成像，其机理常用全息理论来解释。     

基于多尺度分析和加权最小二乘法的非制冷红外条纹噪声校正算法

为了提高红外成像质量的同时更大程度地保持纹理信息,提出一种多尺度分析和加权最小二乘法的条纹噪声非均匀性校正算法.该算法利用加权最小二乘法对图像进行平滑,应用小波变换提取平滑图像的垂直分量,并将其垂直分量替换为原始图像的垂直分量,利用小波重构输出校正后的图像.算法能够精准地去除红外噪声,而不会带来更加麻烦的"鬼影"问题.用该算法对多组不同红外图像数据进行仿真实验,并与其他先进的红外条纹非均匀校正算法进行对比分析,结果表明所提算法校正结果有较好的视觉效果和图像质量评估参数.     

条纹管激光成像系统空间分辨力实验研究

简要分析了非扫描激光成像的技术优势,介绍了利用条纹管实现非扫描激光成像的工作原理,说明了图像空间分辨力与系统距离精度的对应关系。对影响图像空间分辨力的主要因素进行了理论分析,得到了系统总空间分辨力与各单元器件空间分辨力和放大倍率的对应关系,在此基础上,对现有条纹管成像系统进行了相应的计算,得到了空间分辨力的理论预期值;最后,提出了一种基于分辨力板成像的系统空间分辨力测试方法,设计了相应的验证实验,对实测图像进行了去噪处理和数据分析,得到了图像的衬比度传递函数(CTF)曲线,通过衬比度传递函数分析,计算出了成像系统的实际空间分辨力,并将实测的分辨力数据与理论值进行了对比分析。     

采用多狭缝条纹管实现激光三维成像

为了实现高清晰,高准确的近距离和中距离探测,介绍了一种采用多狭缝条纹管实现激光三维成像的方法.多狭缝条纹管作为成像系统的核心器件,对成像准确起主要影响.通过对成像原理的分析以及条纹管参数之间的关系推导,对多狭缝条纹管的技术指标进行了计算和设计,得出了电子光学系统的主要设计指标.     

多狭缝条纹变相管的设计

设计了一种有效面积大、体积小、重量轻的多狭缝条纹变相管.通过自行编程并进行Monte-Carlo模拟计算，在离轴10 mm处，静态空间分辨率可达20 lp/mm，静态物理时间分辨率达100 ps.在电子光学设计的基础上，完成了多狭缝条纹变相管的结构设计和机械加工，通过工艺设计，制作样管，阴极有效面积达22mm.最后进行静态测试，获得了具有一定分辨能力的静态图像.该像管可以用作变相管激光雷达的探测器，实现非扫描激光三维成像.     

广义条纹图序列编码的相位重建

为解决拓扑复杂物体三维数字化过程中的绝对相位测量及相位重建问题,提出了一种广义变频条纹图序列的相位展开算法。简要综述了现有的各种时间维相位展开算法并指出这些算法存在的问题,在此基础上,详细分析比较提出方法与正指数条纹序列算法的噪声免疫力和时间复杂度,证明该方法有更高的噪声免疫力和更低的时间复杂度。特别是,当相邻编码条纹图的条纹数之比不等于2时,正指数条纹序列算法出现严重噪声,而提出的方法依然能够正常工作。此外,该算法还能够根据实际情况决定需要投影的条纹频率,从而能够使用相对较少的条纹编码图像进行有效的相位展开,进而提高系统的实时性。理论分析和实验结果都证明了提出算法的有效性。     

条纹法提高成像分辨率的实验研究

 对利用条纹场照射目标以提高成像分辨率的方法进行了实验研究。条纹法提高成像分辨率的基本思想是，采用余弦条纹场照射目标，光学系统截止频率外的一部分高频分量将通过光学系统，通过对用多幅同频条纹场照射目标所获得的图像序列进行综合处理，可以获得超分辨率的图像。实验采用激光形成的干涉条纹场照射目标，共采用10幅余弦条纹场，各幅条纹场之间依次有1/10个周期的平移，对这10幅条纹场照射目标时所拍摄的图像进行综合处理，获得了分辨率提高的图像。实验结果证明了利用干涉条纹场照射目标获得超分辨率像这一方法的可行性。     

Research on a flash imaging lidar based on a multiple-streak tube

A flash imaging lidar based on a multiple-streak tube is presented in this paper; a fiber remapping optics maps light from an area in the focal plane of an imaging lens to multiple rows of fibers on the streak tube’s photocathode. The lidar system contains a multiple-streak tube, laser, transmitting and receiving telescope, remapping optical fibers, and CCD to capture stripe images from the streak tube’s phosphor screen. Data processing yields 48 × 48-pixel intensity and range images for each laser pulse. An experiment to test the property of this lidar is carried out in the laboratory; the intensity images and range images are gained by image remapping, and the range sampling is 0.21 m. Field test imagery demonstrated the capability of the flash lidar system to image a building 705 m away.     

4-D image reconstruction for Streak Tube Imaging Lidar

The Streak Tube Imaging Lidar (STIL) which is the flash laser radar is developed in recently years. It can output the 4-D image (3-D range image + 1-D intensity image). The core part of STIL is the streak tube, which is a line array detector. STIL can directly collect the image of returned light pulse, and consequently, it can’t output the 4-D target image. In the paper, the peak detection as the reconstruction algorithm is used to reconstruct the multiple streak tube images, and the clear 4-D target images are obtained. The outdoor imaging experiments are completed for the far distance buildings. The reconstruction for the multiple streak tube images is finished, and the results state that the peak detection algorithm can output the high-resolution 4-D target images. Original Text ? Astro, Ltd., 2009. The article is published in the original.     

基于扫描相机的激光三维成像研究

随着条纹管器件技术的发展,条纹管作为瞬态光学器件的应用不再局限于高速摄影和光谱学研究领域。建立以单狭缝条纹管为核心器件的扫描相机激光成像系统,对目标进行推扫成像,获得原始条纹图像,并进行特征数据提取和三维重建。理论计算出的两目标的距离差与实际距离差较接近,从而验证采用该系统作激光雷达成像的可行性。实验结果表明,基于扫描相机激光雷达具有高分辨率,具有较好的应用前景。     

装架准确度对条纹管性能参量影响的研究

通过理论计算研究装架精度对条纹管性能的影响.计算条纹管偏差装架时的电子轨迹;计算条纹管偏差装架时的空间调制函数以及阴极面处圆图案在最佳相面处的图像,从而研究条纹管装架过程中各电极的偏差安装对条纹管空间分辨率、图像畸变程度的影响.结果表明.各电极的同轴度以及电极筒本身的加工精度是影响条纹管性能指标尤其是空间分辨率的主要因素.     

栅极选通脉冲前沿对变像管性能的影响(英文)

讨论了管长为189.5 mm,时间分辨率为5 ps的条纹变像管工作在多狭缝情况下对目标物体进行探测时栅极开关脉冲对其成像性能的影响.开关脉冲的上升或者下降前沿都会降低条纹管的时间分辨和空间分辨性能,特别是空间分辨能力下降得很明显,当栅极电压波动10%,条纹管空间分辨能力将下降为原来的一半.产生影响的主要原因是栅极电压的变化使得条纹变像管的最佳成像面位置也发生了变化而偏离了原来位置,偏离得越多对条纹像管性能参量影响就越大.所以在栅极开关脉冲发生电路中应该严格控制产生脉冲的前沿和后沿宽度,降低其对条纹变像管成像性能的影响.     

Analysis of detectable range of multiple-slit streak tube imaging lidar

Multiple-slit streak tube imaging lidar is a promising flash imaging system. Its detectable range, affected by the detection of the unit sensitivity, operating mode, and visibility, are critical factors for the system design and applications. In order to discuss the lidar range measurement performance, a lidar equation based on the Lambert law is analyzed, and the relationship between the lidar detectable range and the emission power is simulated at different levels of visibility; the result shows that the detectable range of lidar developed in our laboratory reaches 2,500 m for a 23 km visibility. Outfield experiments were carried out to evaluate the system performance; a clear stripe image for a target located 1386 m away was gained under the condition of 15 km visibility. Finally, parameters that affect the lidar detectable range are discussed, and relevant methods to improve the lidar performance are proposed.