三维高斯拟合激光光强快速衰减算法

为缩短衰减倍率调整的时间,提高激光参数测试的效率,提出激光光强快速衰减算法。衰减倍率精确调整量由当前衰减倍率和采集到的光斑光强真实的最大灰度值共同决定。当因光电接收器件(CCD)饱和造成采集光斑图像失真时,即衰减倍率过小时,由于激光光斑的光强通常满足高斯分布,通过对光斑图像进行处理,去除饱和部分光强信息,对剩余部分光强信息利用最小二乘法进行三维高斯拟合,还原出激光光斑光强的真实分布并获得最大灰度值;当衰减倍率过大时,根据采集光斑图像可以直接获得当前最大灰度值,最后通过计算获得最佳的衰减倍率调整值,实现了激光光强快速准确的调整。算法的有效性通过步进电机带动的双轮可变衰减器及CCD配合得到验证。     

三维高斯拟合激光光强快速衰减算法

为缩短衰减倍率调整的时间,提高激光参数测试的效率,提出激光光强快速衰减算法。衰减倍率精确调整量由当前衰减倍率和采集到的光斑光强真实的最大灰度值共同决定。当因光电接收器件（CCD）饱和造成采集光斑图像失真时,即衰减倍率过小时,由于激光光斑的光强通常满足高斯分布,通过对光斑图像进行处理,去除饱和部分光强信息,对剩余部分光强信息利用最小二乘法进行三维高斯拟合,还原出激光光斑光强的真实分布并获得最大灰度值;当衰减倍率过大时,根据采集光斑图像可以直接获得当前最大灰度值,最后通过计算获得最佳的衰减倍率调整值,实现了激光光强快速准确的调整。算法的有效性通过步进电机带动的双轮可变衰减器及CCD配合得到验证。     

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。     

基于椭圆拟合的多光斑/重叠光斑中心提取方法

针对双折射太阳敏感器多光斑和重叠光斑问题,提出一种基于椭圆拟合的高精度光斑中心提取方法。对多光斑图像进行预处理,分割出不同的目标区域;通过检测目标区域的光斑形状特征后,迅速分辨并分割重叠光斑;利用椭圆拟合法分别提取各光斑的中心坐标。仿真结果表明该方法能快速分辨重叠光斑,计算出光斑数量和半径,实现圆形和椭圆形光斑的亚像素级中心坐标提取。这种方法对光斑大小、数量没有限制,对不完整光斑也能得到较好的结果。     

狭缝扫描法测量高斯光束光斑尺寸

在激光束参数测量中,常常使用针孔扫描法来测量光束光强的轮廓分布,但该法要求扫描的针孔必须通过光斑中心,否则会引起较大的测量误差,另外,若被测光斑较小,所需针孔就较小,亦增加了测量的难度。本文介绍利用狭缝作一维扫描,同样可以得到高斯光束的光强分布,但是避免了对中的麻烦,而且由于通过狭缝的光能较强,方便了操作,提高了信噪比。设高斯光束横向光强分布为式中,I_0为光束中心点的光强,ω为光斑半径。若扫描狭缝宽为Δ,缝中心在x′处,缝长远大于光斑直径,那末通过狭缝的光能是     

用Hough变换提高激光斑中心定位精神的算法

在激光扫描大型三维曲面测量中,激光光斑中心的准确中定位是提高测量分辨力的关键。当测距范围较大时,受多种因素的影响,激光光强分布严重不均致使其几何中心与强度中心发生了偏离。此时,传统的光斑中心提取方法不能适用。为此,根据光斑图像仍能给出圆形光斑的大部分轮廓这一特点,提出了基于Ｈｏｕｇｈ变换的激光光斑中心读取方法。实验结果表明该方法对提高大型三维曲面测量精度是有效的。     

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.     

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%。     

激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是徇激光器性能的重要参数。本文探讨用CCD作为探测传感器精确地测出激光光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了传统测量的繁杂过程^[1]，并用计算机进行控制及数据处理，大大提高了测量精度和效率，为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方法。     

激光光斑中心位置检测系统

在某非约束环境下，需要将多束激光准确照射到空间的某点，各激光发射器的支座可单独用手动调节，—旦调至所要求的对准范围，即将支座固定，确保激光光束的方向和位置恒定不变，因而准确测量激光光斑中心相对于靶标中心的位置成为确保瞄准精度的关键环节，为此研制了激光光斑中心位置检测系统。     

Non-iterative spot center location algorithm based on Gaussian for fish-eye imaging laser warning system

The directional accuracy of threaten laser is highly dependent on the laser spot center location accuracy for the laser warning system. On the basis of analyzing the spot features on wide field of view (FOV) fish-eye imaging laser warning system, a refinement of existing methodology based on fitting a 2D Gaussian distribution for estimating the center of the spot is developed. The proposed procedure is using a linear least squares based algorithm to determine the best-fitting parameters of the Gaussian. However, in contrast to the standard Gaussian Fitting procedure, this new scheme gives rise to equations that are rigorously linear in the transformed unknown parameters which can be solved easily by linear least squares estimators. To validate the accuracy of the proposed algorithms, experimental approaches with a type of laser warning detector and simulated threaten laser in laboratory are used to quantify its performance. The experimental results show that this method outperforms significantly the commonly used location technique. It is less susceptible to the non-100% fill ratio of CMOS and large unsymmetrical optical aberration of fish-eye lens. The positioning precision in paraxial region and 80° incident angle region are 1/60 pixels, 1/30 pixels respectively. The biggest error is less than 1/20 pixels. The proposed method is suitable for wide FOV laser warning system for high accuracy and low computational complexity.     

提高多光源汇聚光斑中心定位精度的形态学滤波方法

在激光指令传输中,为形成较大的光覆盖区域并增大光源的作用距离,将多个特性相同的激光器矩阵排列,构成组合光源。针对点阵多激光管光源在开放环境下成像光斑具有多个光能中心的特点,采用形态学滤波中的开启、闭合运算,去除背景噪声斑点,平滑光斑内部的小光斑叠加和干涉造成的不规则条、孔,使得能以简化的分割和定位算法,快速获得接近实际的完整光斑边界,光斑中心定位精度的均方差不大于1.2%。该方法能快速、高精度定位这种叠加光斑的中心,为远距离激光对准和测控提供了可靠的精度和时效保证。     

中等口径光斑激光预处理

介绍了一种基于中等口径光斑的新型激光预处理技术。采用基频最大输出10 J的Nd:YAG调Q激光器,获得了直径5 mm、能量密度满足预处理需求的中等口径光斑。较之于小光斑处理方案,采用中等光斑进行扫描,可以显著压缩大口径光学元件的预处理总耗时。为了验证效果,搭建了实验平台,在陪镀片上开展了光斑扫描与损伤阈值测量实验,设计了合理的中等光斑预处理流程,并对阈值提升效果进行了验证。在此基础上,开展了正式元件的预处理实验,采用大行程二维电动位移台,对430 mm430 mm口径的金属铪蒸发工艺高反膜元件进行了夹持和扫描。实验结果表明,经处理后的高反薄膜元件初步达到了27 J/cm2的阈值水平,证明了该技术对薄膜抗损伤能力的提升效果。     

超高斯渐变反射率激光反射镜

本文介绍了超高斯渐变反射率激光反射镜设计的基本原理。采用中心带孔的固定挡法制备渐变厚度薄膜的工艺方法，用ｅ型电子束枪在光学真空镀膜机中蒸发镀制出了膜斑直径为：３～６ｍｍ，级次为：２５～７的超高斯渐变反射镜     

拟合法测量高斯光束的束腰半径

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过功率与孔径的关系式.采用2种不同拟合方法对高斯光束的束腰半径进行了测量.为减小激光器功率不稳定带来的不利影响,实验中采用双光路进行测量.结果表明,用拟合法测量高斯光束的束腰半径不仅合理,而且可行.     

二维高斯分布光斑中心快速提取算法研究

在深入分析二维高斯分布公式的基础上,通过将光斑中心整像素坐标和亚像素坐标进行分离,推导出一种无需求解广义逆矩阵的高斯曲面解析算法,该方法综合利用窗口内的所有像素灰度信息,通过解析表达式直接计算高斯分布光斑的亚像素中心位置;并且对传统高斯曲面拟合法求解过程进行了优化,提出一种更加高效的定参高斯拟合法。与传统高斯曲面拟合法相比,提出的两种方法具有基本相同的稳定性和定位精度,但运行效率分别提高了278倍和78倍以上。     

基于高斯分布的星点图像亚像元定位算法研究

应用高斯点分布函数为数学模型,提出了一种新的获取高精度恒星质心位置的方法.由于入射到星像点邻域内像元中的光子能量呈近高斯分布,因此利用成像邻域内像元强度的比值,将高斯点分布函数展开成为关于质心位置的多项式,可将质心位置在x、y轴方向分别计算出来,并利用从星图中提取出的多星对角距误差的统计值来间接验证提出的算法.试验结果...     

大气湍流中超短高斯激光脉冲的时间域展宽模型研究

穿过大气湍流的高斯激光脉冲在时间域的展宽行为与高斯脉冲通过理想高斯滤波器后的时域展宽行为相似。因此,为了激光通信信道仿真的需要,提出用级联巴特沃斯滤波器来逼近理想高斯滤波器的方法对这种时间域上的展宽行为进行建模。逼近后的高斯滤波器的3dB频率点与大气湍流的物理参数(包括折射率结构常数和湍流外尺度)和传播几何路径长度联系在一起,从而将高斯脉冲的展宽与所通过的大气湍流环境参数相结合并得到了模拟高斯脉冲展宽的解析表达式。该模型和由模型参数表示的高斯脉冲展宽的解析表达式不仅在湍流弱起伏区有效,而且在从弱起伏到中等起伏再到强起伏的整个区域中都有效。     

基于邻域贡献权值细化的圆心亚像素定位算法

针对传统的圆心算法过程复杂、定位精度受初始边缘提取效果影响较大等问题,提出了一种基于邻域贡献权值细化的圆心亚像素定位算法。首先引入邻域贡献权值系数,改进传统非极大值抑制法,细化边缘;然后在边缘点的梯度方向对灰度值进行高斯拟合,确定亚像素边缘位置;最后针对边缘突变点提出了基于随机抽样一致的最小二乘法来拟合圆心。实验结果表明,该算法具有较好的精度和稳定性,圆心的提取精度可以达到0.1个像素。