合成孔径激光成像雷达散斑天线接收特性分析

合成孔径激光成像雷达(SAIL)时空散斑效应严重影响了成像质量。在时空散斑效应基础上,分析了合成孔径激光成像雷达中的散斑天线接收特性,建立了光学接收天线散斑孔径积分场的物理模型,模拟了目标分辨单元光学接收天线散斑孔径积分场距离向时间变化、方位向空间变化的二维分布。分析了不同接收天线散斑尺度比、不同天线积分起始位置对接收天线散斑孔径积分场的影响,并根据其统计性质得到散斑效应影响较小的接收天线尺寸和接收天线积分范围,为合理设计散斑效应较小的接收天线尺寸提供了参考,对进一步分析时空散斑效应如何影响SAIL目标成像有直接意义。     

微型激光光学引擎中光学噪音的抑制

分析了微型激光投影引擎的两种主要光学噪音|干涉网格和激光散斑产生的基理|提出采用振动的随机位相板同时实现干涉网格和激光散斑抑制的方法并进行了理论分析|自行设计了微型激光投影引擎,利用微型电控马达带动随机位相板振动,用CCD相机在不同的F#及曝光时间下对投影图像进行了采集,并对图像的散斑对比度行了测试.结果表明,通过静止的随机位相板可以很好地抑制干涉网格噪音|通过使随机位相板以大于视觉暂留效应形成的融合频率进行振动,可以同时抑制干涉网格和激光散斑,使得散斑对比度小于5%,达到投影观察的要求.     

多点协同动态散斑的统计特性

激光散斑被广泛应用于生物医学,成像探测以及无损检测等应用中,为了提升目标在环系统中基于散斑统计特性反馈远场激光聚焦光斑质量的评价效率和精度.提出了多通道协同探测的方法获得回波散斑信号的时间空间融合评价因子,并对散斑场统计理论、多点协同探测系统模型和散斑时间与空间频谱融合统计特性展开深入研究.首先,利用单点探测器探测动态...     

微型激光光学引擎中光学噪音的抑制

分析了微型激光投影引擎的两种主要光学噪音:干涉网格和激光散斑产生的基理;提出采用振动的随机位相板同时实现干涉网格和激光散斑抑制的方法并进行了理论分析;自行设计了微型激光投影引擎,利用微型电控马达带动随机位相板振动,用CCD相机在不同的F#及曝光时间下对投影图像进行了采集,并对图像的散斑对比度行了测试.结果表明,通过静止...     

像面散斑平均尺寸对激光散斑成像的影响

以激光散斑衬比分析为基础的激光散斑成像技术,是一种无需扫描的全场光学成像方法,在监测生理及病理状态下组织血流动态变化中的应用日益广泛.在实际应用中,像面散斑平均尺寸等多种因素影响散斑衬比值,使得该技术在反映血流变化的准确性方面受到影响.采用一种成像散斑计算机模拟方法研究了像面散斑平均尺寸对成像散斑统计特性的影响,分析了成像参数与像面散斑尺寸的定量关系,并通过物理模型实验对模拟结果进行了验证.研究结果确认了合理的像面散斑平均尺寸计算公式,证实了散斑衬比值随像面散斑平均尺寸增大而减小的现象,并为确定合理的成像参数提供了依据.     

激光散斑效应对激光雷达探测性能的影响

分析了激光散斑效应对激光雷达探测性能的影响. 给出了远场情况下接收物镜所采集激光散斑数的表达式. 在物镜所采集的散斑和光电子数均较大情况下，提出了光电子所遵守的分布. 分别导出了机载和星载激光雷达的探测概率. 分析表明激光雷达探测性能与所采集的散斑数密切相关，接收的散斑数仅与激光束腰和物镜的口径有关，随着接收散斑数的增加，散斑噪声的影响将减弱. 关键词： 激光雷达 激光散斑 探测概率     

CCD成像辅助激光散斑实验

激光照射到粗糙物体的表面上在空间随机相干叠加形成散斑.激光散斑随物体在自身平面内作同步运动,这一现象可用来测量物体的微小位移.利用氦氖激光器作为光源,结合CCD成像技术辅助采集散斑图像,采用计算机程序处理图像,验证了散斑位移理论,并指出CCD成像辅助的激光散斑教学中应注意的问题.     

基于散斑抑制的合成孔径激光成像雷达的结构和工作模式

目标漫反射产生的激光回波散斑效应严重影响合成孔径激光成像雷达(SAIL)的成像质量。在体系结构上提出了抑制散斑效应的系统性解决方案,建立了SAIL结构和工作模式设计的理论基础。研究了SAIL中与目标分辨单元尺寸、啁啾波长变化、目标相关性质和接收面光强随机分布有关的散斑统计特性。定义了SAIL光学接收天线的散斑孔径积分场复相干函数,它是天线孔径相关函数和目标分辨单元相关因子的卷积,其宽度就是可实现的孔径合成长度,给出了实现较大的孔径合成长度的发射口径、接收口径和实际孔径合成长度的设计原则,发现和分析了由啁啾散斑移动产生的拍频信号波动。最后建议采用滑动聚束模式来有效使用散斑效应造成较短的孔径合成尺度,因为其光束扫描宽度对SAIL移动距离有放大作用。同时也提出了具有多发射机/多接收机的多通道结构以提高回波散斑光场的探测率。     

用于人眼视网膜成像照明的激光消散斑技术研究

以近红外激光(808 nm)作为人眼波前像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,液晶空间光调制器(LCOS)作为波前校正器,用哈特曼波前探测器探测人眼像差,构建了人眼像差自适应校正的视网膜成像系统.利用模拟眼分析了激光散斑对相机成像的影响和对哈特曼波前探测器进行像差探测的影响,同时验证了利用旋转散射体的方法消除激光散斑的可行性和有效性;用活体人眼进行了激光消散斑前后照明视网膜进行成像的对比实验,并进一步利用自适应光学技术实现了对人眼像差的动态校正和视网膜细胞的连续成像.校正后,系统波前像差的均方根值小于0.1λ.实验表明激光消散斑后可以同时作为人眼像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,从而可以进行连续自适应校正和成像.     

激光散斑漂移现象的理论模型与成像实验

基于傅里叶光学原理,建立了数值计算客观及主观激光散斑图样的方法.利用几何光学成像原理,推导了主观散斑现象中散斑及光斑漂移速率的表达式.搭建了成像实验装置,观察主客观散斑及其漂移现象.结合相关函数、快速傅里叶变换算法以及卷积定理,建立了基于图像处理定量计算散斑及光斑漂移量的方法.实验结果、数值计算结果、几何光学理论均互相符合,表明了数值方法与几何光学理论的正确性,为激光散斑漂移现象提供了系统性的研究方法和直观的理解.     

调Q激光光折变自适应光外差探测技术研究

基于光折变晶体中自泵浦与互泵浦相位共轭共存效应,利用新型光折变自适应光外差探测系统进行了调Q脉冲激光的光折变自适应光外差探测技术研究.结果表明,该系统可以用来实现单纵模调Q脉冲激光的自适应光外差探测,并可以通过提高本振光强度有效地提高外差探测灵敏度.进一步的实验和理论分析表明,对于一般的调Q脉冲激光,由于其各个纵模频谱分量之间不相关,难于实现光外差探测.     

基于可调超表面的激光散斑抑制方法

为抑制激光散斑现象,利用时间平均抑制散斑理论的基本思想,设计了一个具有高透射率、随机相位功能的超表面结构,并结合MEMS技术实现了微纳旋转载台的设计制造,实现了超小型的散斑抑制器件制造.实验结果显示激光散斑对比度可降低至2.63%,满足激光投影领域使用需求.该激光散斑抑制器件使用方法简单、能量利用率高、成本低且易于批量制造.     

近距离激光外差探测光学极限位移分辨率

通过统计理论和维纳-辛钦定理推导出激光外差探测系统光电流的功率谱函数,分析了光电流谱线分布与激光光源线宽、中频信号频率以及信号光相对本振光传输延迟时间的关系,修正了相关文献中光电流功率谱的理论公式.根据信号与噪声理论建立了激光线宽引起的相位噪声的一维概率分布模型,并据此得到了基于激光波长、探测距离以及激光线宽的极限位移分辨率的数学模型.对光电流的功率谱和外差光学极限位移分辨率进行了相关的数值仿真,结果表明延迟时间与相干时间的关系决定光电流谱线分布的情况.当激光波长为532 nm,激光线宽在1 kHz,探测距离为100 m时,光学极限位移分辨率为0.266 nm,相关文献中的实验数据与理论推导结果相符合.     

等离子体中散斑光场的传输特性

为了深入了解激光驱动惯性约束核聚变系统中连续位相板所产生的散斑在抑制等离子体非线性效应时起到的作用,采用统计光学理论及矩阵光学方法,分析了散斑在等离子体中的传输特性,并通过数值模拟计算了散斑的自相关函数值.在此基础上,解释了散斑抑制等离子体非线性效应的机制,通过定量计算揭示了散斑光场的自相关长度在传输过程中的变化.结果表明,高密度等离子体中的散斑自相关长度更短,这有助于对等离子体中各类非线性效应的抑制.     

利用振动光纤减弱激光散斑的研究

在激光投影显示技术中,引入振动光纤的方法能够以较小的能量损失减弱激光散斑.本文利用广义范西特-泽尼克定理对激光投影显示中采用振动光纤抑制散斑做了理论分析.结果表明,散斑衬比度的大小取决于光纤的模式数和投影系统的光瞳大小,对于相同大小的像面,收集更多的光纤模式数和增大孔径均可减弱散斑衬比度.用两种不同的多模光纤所做的对比...     

激光相干场成像散斑噪声复合去噪方法

噪声是影响激光相干场高分辨成像系统像质的重要因素,激光相干场成像系统既受背景光加性噪声影响,又受激光乘性散斑噪声影响.为解决激光相干场成像系统受激光乘性散斑噪声和背景光加性噪声叠加引起的成像像质退化效应问题,从噪声抑制角度提高激光相干场系统高分辨成像像质,研究建立了激光散斑乘性噪声和背景光加性噪声对大气下行链路激光回波场信号影响干扰模型,并基于该模型提出了一种基于同态滤波和稀疏基追踪级联复合去噪算法.首先基于同态滤波理论将激光乘性散斑噪声转化为加性噪声,再由高通滤波器滤除散斑噪声,最后采用基追踪稀疏理论方法抑制背景光等加性噪声对像质的影响.研究表明,较现有单一去噪方法,该级联复合去噪方法可一次性消除激光乘性散斑噪声和背景加性噪声两种不同性质的噪声,有效改善了激光相干场成像质量.     

合成孔径激光成像雷达散斑效应分辨单元成像研究

分析了合成孔径激光成像雷达(SAIL)受散斑效应影响的分辨单元成像过程并推导了含有散斑效应的二维数据收集方程。在此基础上通过数值模拟分析比较了不同接收天线尺寸、不同天线积分起点位置情况下散斑效应对成像所需的光电流交流项、距离向压缩和最终分辨单元成像结果的影响。结果表明散斑效应对分辨单元成像的影响主要体现在降低了分辨单元的图像强度,同时不同天线尺寸和天线积分位置对分辨单元的成像影响差异较大。分析结果可为今后SAIL散斑效应的抑制提供一定的参考。     

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.     

激光斑点漂移的研究

用激光照射粗糙表面时,可以观测到颗粒状的细小斑点,当人眼或相机移动时,观测到斑点也发生移动.分析了激光散斑产生和漂移的原因,将散斑漂移简化为几何光学和波动光学问题,得到一致的散斑漂移速度计算公式.利用Mathematica计算光强关联函数,证实圆斑越大散斑越小.实验测量了散斑漂移速度与相机移动速度的关系,结果符合理论公...     

激光散斑时间漂移效应研究

报道了激光散斑时间漂移效应.引入了散斑模型,接收面上散斑场复振幅的强度和位相的统计性质证明了模型的合理性.基于此模型和相关算法,模拟了所有可能导致激光散斑时间漂移效应的物理因素的影响.模拟结果显示两个因素起主要作用.通过巧妙地改变VCSEL和CCD的工作状态,也证明了两个因素其主要作用,即激光器对表面的加热引起的表面膨胀和CCD的热效应带来的噪声增加.相比之下,其他因素仅仅会带来散斑图像的微小变化.