光栅衍射型超广角激光告警系统光斑定位方法

成像光斑中心精确定位是光栅衍射型超广角激光告警系统具有高定向准确度和高波长分辨能力的基础.本文分析了光栅衍射型超广角激光告警系统成像光斑特点.针对随激光入射角增大,系统成像光斑畸变为强度近似高斯分布倾斜光斑的问题,提出一种改进型高斯拟合法计算光斑中心,通过仿真模拟和实验测试研究了新方法的定位性能.模拟结果表明,高斯噪音标准差为0.01情况下,光斑长轴与x轴夹角由0°逐渐增大为90°过程中,本文方法的定位误差平均值小于0.005像素,误差标准差小于0.02像素.实验测试表明,实验图像经帧相减和高斯平滑滤波预处理后,光斑长轴与坐标轴方向一致时,本文方法与高斯拟合法的定位结果非常接近,明显优于灰度重心法.光斑倾斜时,本文方法求得的激光入射方向角的误差均值和标准差明显小于灰度重心法和普通高斯拟法.     

高分七号卫星足印相机激光光斑中心定位方法研究

使用足印相机同时对激光光斑和地表成像会导致相机中的激光光斑影像与地面影像重叠,造成激光光斑的中心定位精度较差。本文针对GF-7卫星足印相机实测的图像特点,提出地物噪声图像分类方法,优化高斯拟合光斑中心定位的处理流程,同时分析不同地物噪声背景下光斑图像的分类方法以及对应的光斑中心的提取精度。实验结果表明,所提方法在低中高的不同噪声条件下,中心定位精度分别为0.11,0.13,0.16 pixel,定位方差分别为0.020,0.262,0.341 pixel。在信噪比更好的夜间,光斑定位精度为0.02 pixel,定位方差为0.0036 pixel,说明噪声是影响光斑中心定位精度的最主要因素。     

武器自动机运动规律测试系统光斑定位算法的研究

针对重心法、高斯拟合法等传统的光斑中心定位算法存在抗干扰能力差、定位精度低等问题,提出了一种以圆拟合算法为基础进行改进计算光斑中心的方法。采用56式冲锋枪进行实弹单发实验,对测试系统获得的数据分别用改进圆拟合、高斯拟合及重心法进行处理。将处理结果与OFV5000激光速度计测试结果相比较,改进圆拟合算法的相对误差仅为0.92%。结果表明:该算法提高了抗干扰能力,实现了光斑中心的快速、准确计算,并且获得了武器自动机运动规律。     

基于光斑形状光束快速自动准直算法

为满足高功率激光装置光路自动准直系统的高精度要求,提出一种光束非垂直过孔状态下椭圆光斑的光斑差值快速调节法,并引入局部自适应阈值二值化算法提高准直图像的定位精度.当椭圆光斑长短轴差值较大时,利用基于最小二乘法的椭圆拟合改进算法,求出椭圆光斑长短轴的轴长,通过远场反射镜调节长短轴轴长差值以调节光斑形状,直到获得规则的圆形光斑.分析了圆光斑中心与基准位置的偏差值,将差值转为闭环控制的步进电机调整步数,实现了高功率激光装置光束的快速自准直.该算法应用在某高功率激光装置光路自动准直系统中,结果表明,远场指向精度优于0.033″,优于目前高功率激光准直系统准直效果,提高了激光光束的指向性精度.     

针对散射激光的全向激光告警系统激光威胁源定位技术研究

针对目前散射激光告警中只能定位到散射激光光斑,而不能追溯到敌方来袭激光源的现状,构建了战场环境下包括敌方威胁激光源、照射于某平台上的散射激光光斑以及全向激光告警系统在内的空间三维几何模型,推导了平台上散射激光光斑轮廓解析表达式,以及轮廓上任意一点相对鱼眼镜头的物方半视场角表达式。将成像于探测器上的光斑进行鱼眼成像畸变校正并取光斑边缘点,计算得到三维几何模型诸参数。再将模型参数与传感器阵列信息相结合,可最终获取敌方威胁激光源相对系统的方位和距离信息。最后对以上方法进行了实验验证并对产生误差的原因进行了分析。     

一种反激光窃听预警系统的窃听源定位研究

激光窃听技术通常不直接照射被窃听目标, 且由于玻璃散射的原因, 利用现有的拦截式激光预警技术无法获取其窃听源方位等信息, 针对该问题, 提出利用CCD相机结合滤光片的方案对窗户进行凝视成像的反激光窃听预警系统, 同时, 构建了窃听激光源、被照射玻璃上的散射激光光斑以及反激光窃听系统之间的空间几何模型, 结合边缘检测等图像特征提取算法以及最小二乘图像拟合算法对散射激光光斑轮廓进行拟合, 推导出窃听激光光源来袭方位的数学模型。实验结果表明:所搭建的激光窃听预警系统不但可以检测到照射到玻璃上的窃听光斑, 且可以有效地追溯到该激光束的方位角和俯仰角信息, 定位精度≤ 4°, 从而达到了对窃听源定位的目的, 有助于推动现有激光预警技术的进一步发展, 且在国防安全等领域发挥积极作用。     

基于衍射光栅的CCD相机标定方法

提出一种基于1维线衍射光栅的CCD相机光电响应特性标定方法,该方法利用衍射光栅对入射光束的分束特性,在远场焦平面内形成一系列衍射子光斑,采取有效的方法对多组衍射子光斑峰值测量数据进行融合,得到测量灰度值及通过理论计算得到的理论灰度值,拟合两组数据从而完成对CCD光电响应特性的标定。根据实验室现有的激光源与聚焦光学系统的参数,设计了一系列1维线光栅,完成某特性未知的红外CCD相机对中红外激光光电响应特性的标定。该标定方法具有光能利用率高的特点,多组测量数据的融合扩大了CCD标定的范围,并对标定结果在光斑真实形态重构中的应用进行了分析讨论。     

一种提高激光告警器性能的自适应方法

激光告警是激光对抗的重要前提和基本手段，如何在复杂背景噪声下识别来袭激光信号，进而准确报警是激光告警面临的首要问题。该文分析了激光告警设备检测概率与信噪比的关系，从关系式可以看出，为了提高激光告警设备的检测概率，需要增加激光信号的信噪比。提出了一种最大信噪比的自适应算法，进行了算法分析，并利用矩阵变换作出了算法简化，从而保证了系统信噪比的最佳化。最后对最佳权向量的求解这个问题，给出了适用于工程化的最佳权向量求解的简单迭代算法。     

结构现场可调的点激光精密测量系统

为了实现激光传感器测头可以根据现场条件来实时改变入射角度,建立了结构可调的点激光测量系统。建立了相机的针孔模型,利用张正友标定算法得到该相机模型的内部参数,定义点激光测量系统中的光心角,推导出利用像点坐标和相机内部参数实时求取光心角公式。建立了点激光测量系统的数学模型,引入点激光测量系统的结构参数:基线距和基准角,利用零平面和两个基准面标定系统结构参数。利用标定得到的系统结构参数进行实时的逆向工程在线测量。实验结果表明:测量系统量程为75mm时,该标定算法最大标定误差≤0.02mm,点激光测量系统的测量误差≤0.06mm,达到精密测量的要求。     

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。     

高动态范围激光焦斑测量数学模型研究

提出了一种高动态范围的激光焦斑测量方法.首先,构建纹影测量远场焦斑数学模型,确定重构需要的参数,并使用准直光路对参数进行标定;其次,运用综合诊断快速自动准直系统使纹影小球遮挡住旁瓣光斑中心,获得准确的旁瓣光斑;最后,改进计算纹影小球中心及图像融合等方面的纹影重构算法,克服了传统纹影重构方法中主瓣旁瓣中心误差大、合并图像拼接边缘台阶明显的缺点.对大型激光装置参数测量综合诊断系统的远场焦斑测量应用表明:通过对纹影测量远场焦斑数学模型中参数的精确标定以及对纹影重构算法的优化,能够实现高动态范围激光焦斑的准确测量.     

一种新的激光光斑参数快速计算方法

提出了一种利用弦的特性快速提取激光光斑参数的二维Hough变换方法。基本步骤是在圆形光斑边缘图像上作两条交于边缘上一点且相互垂直并分别平行于坐标轴的弦,通过这两条弦与光斑圆心及半径的几何关系,求取光斑的中心坐标和半径。遍历所有边缘点,对参数空间二维中心坐标数组投票,最大值对应参数即为光斑中心坐标。分析一维归一化半径直方图,求得光斑半径。实验结果表明,与传统的Hough变换相比,该算法在运行时间和空间效率上都有很大提高,具有更强的实用意义及应用前景。     

激光告警中近红外焦平面阵列探测器成像技术研究

为了提高激光探测的方位分辨率,实现对来袭激光的准确定位,选用了FPA-320x256-C型InGaAs焦平面阵列探测器作为光栅衍射型激光告警装置的核心元件。介绍了基于光栅衍射的激光波长和方向探测原理,在分析了探测器性能及参数的基础上设计了驱动电路。探测器在FPGA时序的控制下,输出模拟量通过高速AD进行采集,数据经缓存后存储在FPGA外扩的SRAM中,然后通过USB传送至PC机。上位机Labview采集原始数据,处理并显示。利用上述方法,完成了成像实验,采用波长为1 550和980 nm的激光器从不同角度进行入射,对探测得到的衍射图像进行分析,判断出零级和一级的位置,根据光栅衍射理论,计算出相应波长和二维方向入射角,结果显示波长误差小于10 nm,入射角误差小于1°。     

基于残差修剪的激光光斑高精度定位方法

为满足复杂靶标背景下激光光斑形心的高精度定位要求,提出了一种基于几何特征约束残差修剪的定位方法.首先通过分析成像特点提取激光光斑;然后在几何特征约束下对残差边缘进行二次修剪,优化边缘;最后利用最小二乘拟合法得到激光光斑形心的精确定位,并将其应用于火炮的重要静态参数--弯曲度测量.实验结果表明,该方法具有较强的稳定性,定位精度高且实时性好,与传统的定位方法相比,复杂靶标上激光光斑的水平和竖直定位偏差均由±1.2 pixel提高到±0.2 pixel,单次定位时间小于0.31 s,可实现复杂靶标背景下激光光斑形心的快速精确定位.     

激光束阵列探测器标定方法

在大光斑高能激光光强时空分布参数测试方法中，阵列探测器测试法是一种较好的方法。它能测量出激光束的总能量和强度时空分布。阵列探测器主要由探头、数据采集系统和软件处理系统等三部分组成。探头采用高吸收材料制作，其表面按一定规律分布着多个独立探测单元，能同时测量高能激光束的能量及其空间分布。系统不可避免地存在测量误差，为消除系统误差，需要对系统进行标定，包括能量系数标定和探测单元的响应系数标定等。     

采用四象限探测器的光斑中心定位算法

为提高激光发射系统的监测精度,提出了一种基于四象限探测器的光斑中心定位算法,首先采用均匀分布的椭圆模型对光斑进行分析,根据四象限探测器工作原理,通过计算椭圆形光斑在四象限探测器上各对应区域所占面积进而推导光斑中心坐标表达式,然后采用解析几何的方法求取椭圆光斑的长轴与短轴,最后搭建四象限监测系统对算法进行实验验证;结果表明,所提算法能有效提高四象限探测器的光束监测精度,较传统方法精度提高21.3%。     

激光跟踪仪靶标球镜面中心定位方法

当激光跟踪仪应用于多传感器三维视觉测量系统的全局标定时,由于标定现场环境复杂,靶标球镜面区域所成光斑随环境光强、视觉测量系统观察角度和激光投射角度的变化而改变,给靶标球镜面中心的准确定位提出了很大的挑战。设计了一种对光照变化不敏感、对激光点形状和光强分布无要求的靶标球镜面中心定位方法。该方法首先利用图像分割法准确定位靶标球所在区域,然后对该区域进行滤波,去除图像中的噪声并增强靶标球与背景的对比度,之后进行靶标球分割和强反光区域去除,通过图像形态学处理得到靶标球镜面区域,最后对该区域的像素坐标进行统计,得到镜面中心定位坐标。实验采用79幅复杂多变的镜面区域光斑图像进行实验验证,该方法正确定位率可达到91.2%,其中平均定位误差RMS低于0.74像素,基本满足全局标定对靶标球镜面中心定位精度的要求。     

激光投影成像式运动目标位姿测量与误差分析

为了实现室内运动目标位姿的高精度测量,建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上,通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统,利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置,利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标,利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后,根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明,当摄像机的视场范围为14 000mm×7 000mm时,测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ),位置测量精度为5mm,且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致,验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性,能够满足目标位姿测量高精度的要求.     

激光束空间位姿高精度标定方法

关节型激光传感器是新型的跨尺度空间、非接触三维坐标测量仪器。为使关节型激光传感器实现精密测量,需要精确标定其系统参数,尤其是标定激光束的空间位姿。提出一种基于平面靶标和球靶标相结合的激光束空间位姿标定方法。通过建立像素坐标系和世界坐标系的矩阵关系,得到激光点的三维坐标,进而通过直线拟合得到激光束的空间位姿。转台旋转轴的空间位姿通过最小区域圆拟合得到。实验结果表明,在1 m的测量范围内,传感器系统的最大距离测量误差约为0.05 mm,新标定方法准确有效。     

基于激光和CCD组合的小孔转轮重复定位精度测量方法

小孔转轮是某试验装置光路自动校准系统的关键器件,重复定位精度是其重要指标之一.为了有效测量运行于真空环境下的小孔转轮重复定位精度,提出了一种基于激光和CCD组合的测量方法,并以转轮滤波小孔光斑中心的位置重复性作为其重复定位精度的评价指标,搭建了一套完整的测量系统.利用CCD采集通过转轮滤波小孔的激光光斑,通过图像处理的...