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。     

空间外差光谱仪干涉条纹调制度影响分析

空间外差光谱仪(SHS)所获取的干涉图像需经过傅里叶变换才能得到光谱信息.频域光谱的信噪比和光谱信号的质量很大程度上取决于干涉条纹调制度.针对干涉条纹调制度的影响因素进行了定量理论分析,包含分束器分束特性、光学系统像差(干涉组件面形误差、准直镜头输出面形误差及成像镜头调制传递函数曲线)、扩展光源及像元大小等.实验证明,空间外差光谱仪样机复原光谱实测结果与理论计算一致性较好,对干涉条纹调制度的定量分析为干涉型光谱仪各功能组件的设计提供了理论依据.     

条纹管激光成像雷达条纹图像噪音分析与处理

从条纹管激光成像雷达的结构和成像原理出发,讨论了各种噪音来源、噪音特点、影响因素、对最终图像的贡献大小和抑制方法.通过条纹管激光成像雷达阶梯目标扫描成像实验结果分析,噪音源理论分析得到了验证.结合条纹图像处理的特殊目的,通过对比几种边界保持类平滑滤波算法,得出K近邻平滑均值滤波器具有更低的时间复杂度和空间复杂度和更好的滤噪效果,当取N=7,K=25时,可以在允许的处理时间内极大地提高条纹图像信噪比,然后,利用阈值算法有效滤除了背景噪音,最终成功地从复杂的噪音中提取到了条纹数据.这项工作为后续的目标像重构奠定了基础,并指出了下一步工作的方向和重点.     

非扫描激光主动成像制导技术研究

介绍了激光主动成像制导技术的基本原理。分析了基于相位法的非扫描激光成像技术和基于多狭缝条纹管的非扫描激光成像技术以及基于阵列的非扫描激光成像技术的原理、特点和发展现状,讨论了非扫描激光主动成像制导技术在巡航导弹中的应用。它们为非扫描激光主动成像制导技术在具体背景下的应用提供了一定的参考价值。     

分幅变像管动态空间分辨率的标定

为了提高激光惯性约束聚变实验二维成像诊断的精密化程度, 提出了分幅变像管动态空间分辨率的标定方法. 标定原理是以直边函数为物, 经光学系统成像后求解系统的调制传递函数, 从而获得系统的空间分辨率. 在神光Ⅱ装置上利用八路激光打靶产生1-3.5 keV能区的连续X 射线标定源, 照射高Z刀边材料, 并成像到分幅变像管阴极上, 分幅变像管采用脉冲选通工作模式获得动态像. 对分幅变像管采集的动态图像进行处理得到系统的调制传递函数. 根据调制传递函数为0.1时对应的空间截止频率, 得到系统的空间分辨率为20 lp/mm. 根据分幅变像管的动态空间分辨理论, 计算系统的极限空间分辨率为22.8 lp/mm. 标定结果略低于极限空间分辨率, 与理论基本吻合. 根据传统标定方法得到该分幅变像管的静态空间分辨率为22 lp/mm, 比动态空间分辨率略高. 在二维成像诊断时, 分幅变像管工作于动态选通模式, 故动态空间分辨率的标定结果更能真实地反映其成像诊断能力.     

基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪北大核心CSCD

介绍了基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)的系统结构和实验结果,详细阐述了为解决VISAR系统的光路对接调试、干涉仪零程差状态保持、探针激光方式、条纹相机触发时间等问题而采取的特殊手段。对系统性能进行了测试,结果表明:时间分辨力优于30 ps,空间分辨力优于10μm,测速范围为10～50 km.s-1。通过神光Ⅲ原型装置进行打靶实验,结果表明:该系统能获得透明材料中冲击波作用形成的清晰干涉条纹,能依据条纹分布情况来判断冲击波在空间不同位置的作用情况。对双灵敏度结构获得的两幅条纹图像进行处理,计算得到了冲击波在透明材料中的传播速度为36.5 km.s-1。     

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.     

一种基于改进频域图像配准技术的超分辨力图像处理方法

为提高光电成像系统的空间分辨力,提出了一种基于改进的频率域图像配准技术的超分辨力图像处理方法。首先利用改进的频域图像配准方法估算出低分辨力图像之间的微位移量,然后采用Papoulis-Gerchberg超分辨力处理方法完成图像复原。利用不同重构方法进行了仿真及实验研究,给出了评价参数。模拟和实际显微热图像的处理结果表明:该算法可使图像质量得到改善,分辨的细节更多,可有效地提高光电成像系统的空间分辨力;处理算法简单,计算量小,可实现快速处理。该算法还可应用于其他不可控光学微扫描成像系统中,具有广泛的应用前景。     

激光驱动X射线单色背光照相系统优化设计

 基于球面几何光学对激光驱动X射线单色背光照相系统的空间分辨力和成像效率等关键性能参数进行了理论推导,分析了当系统光学参数发生变化时,系统空间分辨力和成像效率互为制约的关系,由此提出了在保证能探测到图像的前提下,尽量提高系统空间分辨能力的优化设计方法。按照此方法具体设计了光子能量分别为5.07 keV和5.41 keV的两套背光照相系统,并用光线追迹模拟实验进行了验证。结果表明：设计的两套系统都能够在大约1 cm²的视场范围内,具有优于10 μm的空间分辨力。     

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.     

行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管理论设计与实验研究

条纹变像管因其超高时间分辨特性而成为实现皮秒至飞秒量级时间分辨的重要测量仪器.本文设计了一种同时兼顾高时空分辨的行波偏转器前置短磁聚焦条纹变像管.该管型通过减小电子渡越时间以抑制空间电荷效应、采用偏转器前置以及行波偏转方式提高偏转灵敏度,实现整管时空分辨率的大幅提升.利用CST微波工作室有限元法数值计算条纹变像管行波偏转器的通频带宽、偏转灵敏度,结果表明:本设计中的行波偏转器因其较高的通频带宽特性实现了偏转器上的电磁波相速度在很宽频率范围内与电子轴向群速度匹配,产生更有效偏转.利用CST粒子工作室模拟追踪光电子的运行轨迹,通过最佳像面上的时间调制传递函数和空间调制传递函数,计算得到其理论时间分辨率可达220 fs,空间分辨率高于100 lp/mm.同时根据像差定义给出追踪实际电子轨迹的像差计算方法,实现对变像管成像质量评价.最后利用紫外灯对其进行静态测试,获得静态空间分辨率优于35 lp/mm的结果.     

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．     

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.     

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.     

高时间分辨的扫描式分幅技术

介绍了二种用于ICF激光等离子体诊断的X射线扫描式分幅技术的技术原理;分析了相关的性能参量.借助于特别设计的扫描变象管进行了该技术的原理性实验,并利用计算机数字图象处理技术进行图象的重构.实验获得了持续时间约100ps的发光过程的16幅图象,曝光时间优于10ps.阴极上空间分辨率分别为3.5lp/mm.     

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.