一种应用距离选通成像技术的微光望远镜

利用红外波长的激光对微光系统进行辅助照明,改善目标区域的环境照度和对比度,使目标从视场中凸显出来,提高微光系统的探测距离,改善观察效果。采用距离选通技术,合理匹配激光脉冲与选通像增强器的工作时序,屏蔽目标前后非目标反射光以及来自大气中悬浮微粒产生的杂散光干扰,解决同轴照明后向散射问题,达到只观察选定距离内目标的目的。通过微光选通望远镜的工程实践,将激光距离选通技术成功地运用于微光探测领域中,在无月星光,照度为110-3lx,大气能见度为10 km条件下,对中型坦克或卡车侧面目标的识别距离可达到1 400 m。     

基于距离选通成像系统的水下目标探测技术研究

 基于距离选通原理,采用波长为532 nm、脉冲宽度为20 ns的Nd∶YAG激光器和距离选通ICCD成像系统,通过脉冲激光照射水下目标,ICCD系统同步选通接收,对漫射衰减系数约为0.45的8 m水深内的水下目标的成像能力进行了实验研究,获得了10 ns的图像选通效果和7 m的探测能力。实验结果表明,距离选通成像方法是一种快速、有效的水下目标探测和识别手段。     

距离选通切片图像高精度三维重构方法

高精度水下三维成像可以获取更多的目标信息,有利于提高水下目标的识别率,一直是水下光电成像的重要研究方向之一。距离选通成像技术可以获取目标的距离信息,但由于选通深度的限制,难以直接从多幅选通图像重构出高精度的三维图像。在基本距离选通成像技术基础上,以较小的选通延迟时间间隔获取多幅距离选通切片图像,对这些图像的像素灰度值进行统计分析和曲线拟合,可以获取每个像素的距离值,从而重构出高精度的目标三维图像。理论分析表明,该方法的距离解算精度可能达到厘米级。     

主动成像系统距离选通实验方案设计

距离选通技术是克服大气后向散射,提高主动成像系统信噪比的有效方法。分析了距离选通的技术要求,分别使用电源调制和机械调制的方法获得了适合用于主动成像系统脉冲光源,并进行了距离选通实验,机械调制方法适用于大功率连续半导体激光器。使用氙灯泵浦YAG激光器实现了对675 m和1 509 m距离目标的主动成像,详细分析了几种方案的利弊并提出了改进方法。     

主动成像系统距离选通实验方案设计

 距离选通技术是克服大气后向散射，提高主动成像系统信噪比的有效方法。分析了距离选通的技术要求，分别使用电源调制和机械调制的方法获得了适合用于主动成像系统脉冲光源,并进行了距离选通实验，机械调制方法适用于大功率连续半导体激光器。使用氙灯泵浦YAG激光器实现了对675 m和1 509 m距离目标的主动成像，详细分析了几种方案的利弊并提出了改进方法。     

距离选通水下成像系统成像范围的分析与计算

距离选通水下激光成像系统是一种基于时间标记原理的水下光电成像系统,它能够有效抑制水体后向散射光的干扰,提高目标探测距离,具有较高的军事和民用价值。距离选通水下激光成像系统在对距离未知的目标搜索过程中,准确地设置系统的搜索范围,对于提高距离选通成像系统对距离未知目标的搜索效率具有重要的意义。根据距离选通成像原理,搭建了距离选通成像实验系统,建立了成像系统的几何模型,分析并计算了距离成像系统的最小探测成像距离和最大探测成像距离,给出了最小探测成像距离和系统结构参数之间关系的仿真计算结果,并用实验验证了最大探测成像距离与水体衰减系数之间的关系。     

浑浊介质中图像对比度与成像方式的关系

浑浊介质中图像对比度的物理增强方法一直是研究热点, 目前学者们提出的距离选通成像、偏振差分成像和偏振距离选通成像均能提高图像的对比度, 但提高效果与成像距离的关系尚不明确. 本文分别利用以上三种成像方式及普通强度成像对处于不同浓度浑浊介质中的目标进行成像, 研究了图像强度和对比度随成像距离的变化情况. 结果表明: 从滤除的散射光强来看, 偏振距离选通成像最优, 而偏振差分成像在成像距离较远时优于距离选通成像; 三种成像方式滤除的散射光强值趋于稳定的阈值距离各不相同; 对比度改变相同量时, 偏振距离选通成像对应成像距离的变化量最大, 偏振差分成像次之, 强度成像最小, 且均与散射系数成反比. 本文对浑浊介质成像效果及机理的分析, 对进一步提高浑浊介质中目标的分辨及识别具有重要意义.     

水下激光距离选通成像与脉冲展宽的时序模型

基于距离选通原理,深入分析了水下脉冲传输和探测器选通接收间的时序关系,建立了较为完善的距离选通时序模型;基于搭建的水下脉冲激光距离选通实验平台,设计了专门的模型验证实验。实验与仿真结果的一致性表明:模型能较好地描述水下距离选通成像过程,预测成像对比度随延迟时间的变化,可用于实际选通系统的性能预测和优化设计。此外,还借助模型讨论了各参量对成像对比度的影响,并介绍了利用距离选通技术直接测量水下脉冲时间展宽的方法。     

距离选通技术对后向散射抑制作用的理论分析

 从辐射度学的基本理论出发，建立了单CCD像元的距离选通激光主动成像模型。而后考虑成像质量，借助单CCD像元信噪比和图像均方差误差两个指标，阐明了距离选通技术是抑制后向散射、增大成像距离、提高图像质量的有效手段。最后从模型出发，导出了距离选通技术在激光主动成像中应用时一些关键参数的选取原则:(1) 尽可能减小激光脉冲宽度，以克服后向散射的影响；（2） 要能够达到尽可能远的观测距离，在激光功率一定的条件下，激光占空比越大越好；（3）在激光满足一定条件的情况下，脉冲频率越高越好。     

激光照明水下目标距离选通成像系统的研制

基于水下目标探测的应用需求,研制开发了一套激光水下距离选通成像系统。系统采用波长532 nm、最大单脉冲能量400 mJ的Nd:YAG脉冲激光器作为照明光源,采用最小选通门宽3 ns、像元10241024的ICCD相机作为门选通器件和图像记录器件,利用DG535型数字脉冲发生器作为精确延时和同步控制器件实现激光脉冲和ICCD相机选通门的同步以实现距离选通功能。利用该系统在某水库进行了水下目标探测实验,实验结果表明,该系统可在6.5倍的衰减长度上识别目标,在8倍衰减长度上发现目标。     

基于增加光电子积分时间的磁镜装置研究

阐述了提高微光成像系统低照度探测极限的本质是需保证成像系统对光信号足够的积累时间,从理论上指出降低CCD温度实现低照度探测的局限性和实现技术的复杂性后,提出在光阴极与光电子接收器(屏靶)之间耦合一个磁镜装置(即微通道电子瓶板结构)作为一种新的光电子接收器,即可有效保证图像信号的积分时间,提高成像系统的探测信噪比,达到拓展微光成像系统低照度探测极限的目的。论证了磁镜场的物理机理,并用计算机模拟显示出了预期的结果。该方案在常温下能实现当前微光成像系统低温探测灵敏度极限10-11lx的目标。     

EMCCD集成偏振-微光一体化成像技术研究

单一探测器实现多维度信息获取是光电探测未来的发展方向。针对目标探测中能量和偏振信息不能兼顾的问题,提出了一种同时具有偏振-微光功能的像元阵列结构。通过引入白光通道和精简偏振通道,可在EMCCD器件上实现偏振和微光探测的一体化集成。实验结果表明,在微光条件下,探测器高灵敏性能被保持,低照度下的成像质量几乎不衰减;偏振模式下,白光通道和两个偏振角度使探测器能够获得足够的偏振信息,实现对目标的偏振探测。该方法实现了高灵敏度成像探测和偏振信息探测的同步获取,是一种通过算法处理就能够实现探测模式可重构的新方法。     

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

针对在阳加速器上进行Z箍缩实验时存在的同步精度低的问题,研究了一套同步触发信号取自加速器输出电流的技术。利用加速器工作电流波形与物理实验现象间的固有延迟时间关系来判断同步的时刻,时间关联的精度可到达ns量级。为了防止加速器对测量系统的影响,根据延迟时间长短的不同情况还研究了光电隔离方式和光纤传输方式,解决了在阳加速器平台上的电磁干扰问题,实现了在阳加速器上进行可靠物理实验的精密测量工作;本触发方式配合高速分幅相机的应用,稳定而可靠地以10 ns间隔、3 ns曝光时间拍摄到了Z箍缩的发展过程。     

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

 针对在阳加速器上进行Z箍缩实验时存在的同步精度低的问题,研究了一套同步触发信号取自加速器输出电流的技术。利用加速器工作电流波形与物理实验现象间的固有延迟时间关系来判断同步的时刻,时间关联的精度可到达ns量级。为了防止加速器对测量系统的影响,根据延迟时间长短的不同情况还研究了光电隔离方式和光纤传输方式,解决了在阳加速器平台上的电磁干扰问题,实现了在阳加速器上进行可靠物理实验的精密测量工作;本触发方式配合高速分幅相机的应用,稳定而可靠地以10 ns间隔、3 ns曝光时间拍摄到了Z箍缩的发展过程。     

新型高时间分辨的光扫描模块偏转特性

随着惯性约束聚变研究的深入发展,对高精密诊断设备的要求越来越高,基于半导体材料的光致折射率变化这一特性,对新型高时间分辨的全光扫描技术进行了深入研究。重点介绍了影响光扫描模块偏转特性的两大关键技术,即光扫描模块的设计以及泵浦光与信号光时间同步。通过分解实验开展验证性研究,结果表明：通过前期设计制作的光扫描模块可较好地应用于实验中,在一定范围内,泵浦光功率密度越大信号光的偏转也就越大。同时,时间同步对信号光的偏转程度影响也较大,即高时间同步关系也决定了光扫描装置的时间分辨率。     

Locating the position of objects in non-line-of-sight based on time delay estimation

Non-line-of-sight imaging detection is to detect hidden objects by indirect light and intermediary surface(diffuser).It has very important significance in indirect access to an object or dangerous object detection, such as medical treatment and rescue. An approach to locating the positions of hidden objects is proposed based on time delay estimation. The time delays between the received signals and the source signal can be obtained by correlation analysis, and then the positions of hidden objects will be located. Compared with earlier systems and methods, the proposed approach has some modifications and provides significant improvements, such as quick data acquisition, simple system structure and low cost, and can locate the positions of hidden objects as well: this technology lays a good foundation for developing a practical system that can be used in real applications.     

微光夜视系统新的阈值探测理论和视距探测方程研究

在对各种阈值探测理论和视距探测方程进行深入研究分析的基础上，从人眼阈值特性和微光视觉理论出发，建立微光夜视系统新的阈值探测理论模型，导出微光夜视系统新的视距综合探测方程。     

基于机器视觉的微光夜视仪整机检测系统设计

设计并研制了微光夜视仪整机检测系统,采用CCD器件作为被检仪器输出图像的探测接收器,可在微光夜视仪完整状态下对像增强器进行检测。提出微光夜视仪整机状态下像增强器性能的检测参数,并分析了其检测原理与综合测试方法。通过对检测仪的伸缩式结构、光学系统、CCD选型和检测软件算法等部分进行设计,实现了一台检测仪能够对视场中心分辨力、亮度增益、视场亮度均匀性及视场亮度稳定性等多个性能参量的测试。试验结果表明,检测系统的测试误差在3%以内。     

远距离多源图像融合系统实时配准设计

为了实现全天候多波段远距离实时图像监控,设计了具有微光、红外和可见光融合的光学前端,对多源图像进行实时配准研究。在平行光轴的基础上,通过计算不同视场图像的成像视差,计算仿射变换需要的参数,采用双线性内插算法弥补红外在成像方面与可见光图像的差别,将红外图像的变换制作成查找表存储在图像处理器DM642中,系统通过硬件查找表可以快速实现不同图像的配准变换,实现同步视频的实时配准与融合。实验表明:该设计能够准确地实现多源图像的实时配准,系统经过图像配准、图像融合和伪彩变换处理后的时间约为24.3 ms,系统探测距离大于3 km。     

A new synchronization scheme based on time division multiplexing and wavelength division multiplexing technology for practical quantum key distribution system

Three clock synchronization schemes for a quantum key distribution system are compared experimentally through the outdoor fibre and the interaction physical model of the the clock signal and the the quantum signal in the quantum key distribution system is analysed to propose a new synchronization scheme based on time division multiplexing and wavelength division multiplexing technology to reduce quantum bits error rates under some transmission rate conditions.The proposed synchronization scheme can not only completely eliminate noise photons from the bright background light of the the clock signal,but also suppress the fibre nonlinear crosstalk.