激光主动成像系统探测距离的计算与仿真

为了准确计算主动成像系统的工作距离,利用激光照明模型,根据成像过程中影响系统成像质量的因素,建立了激光主动成像系统的信噪比模型。根据相机发现识别目标所需要的信噪比阈值,脉冲激光器I、CCD接收器的性能指标,大气消光系数等参数,推导出激光主动成像系统的工作距离公式。利用工作波长为0.532μm的脉冲Nd∶YAG激光器,CCD相机,以及基于CPLD技术设计的距离选通同步控制板,进行了主动成像实验,并且完成了系统探测距离的计算与仿真。     

距离选通激光主动成像技术

根据有无照明光源,成像系统可以分为主动成像和被动成像系统两种.被动成像最大的特点就是本身不带光源,依赖于环境或目标的发光,并最终成像.主动成像是指采用一个人造光学辐射源(一般为激光器)和接收机,其接收机用于收集和探测目标景物直接或反射后的部分光辐射.激光成像是一种主动成像,由于激光具有高强度、高准直性、单色性好、易于同步等优点,因而在成像系统中常常采用激光器作为照明光源.     

蓝绿激光水下成像系统的探测灵敏度分析

为了分析水下激光成像探测系统的探测能力,根据水下蓝绿激光主动成像系统的成像过程,分析了目标与背景的辐射特性、海水后向散射特性、距离选通特性以及激光发射器和接收器的性能,提出了一种基于光束扩展函数(BSF)的探测灵敏度模型。该模型在海水散射系数与衰减系数之比介于0~1的范围内都适用。通过对给定参数的系统进行分析计算,进一步讨论了激光发散角、系统接收口径和图像传感器选通门宽等因素对系统探测能力的影响。结果表明:当选通门宽等于激光脉冲宽度时,系统的探测深度达到最大。模型的建立将为系统设计和系统参量的优化选择提供理论依据。     

距离选通技术在运动目标激光主动成像中应用

激光主动成像系统已被广泛应用,但是大多系统都是针对静止目标,在实际应用中对运动目标成像时受到限制。文中首先阐述了针对静止目标的激光主动系统,然后分析了运动目标成像时与静止目标的不同,分析了相对运动和固定焦距的光学系统的离焦效应,构建了3种运动目标激光主动成像体制,最后,在对静止目标成像的基础上,采用红外热像仪在大视场内跟踪目标,测距机实时测量距离信息的方式,建立了基于距离选通的运动目标激光主动成像系统。实验获得了距离500 m,运动速度为5 m/s气球运动目标的图像,突破了合作目标及多点定位的限制,为进一步跟踪快速运动目标提供了借鉴,同时也对运动目标激光三维图像的获取与处理研究提供了基础。     

距离选通水下激光成像系统设计及实验

针对浅水目标探测这一难题,设计了一种基于距离选通技术的水下成像系统。系统围绕532nm Nd…YAG脉冲激光器和选通式增强型电荷耦合器件(ICCD)摄像机搭建而成,并且采用激光脉冲作为系统同步控制的触发信号。采用基于现场可编程门阵列(FPGA)技术设计的同步控制电路,进行了距离选通水下激光成像实验。实验结果表明,采用激光脉冲触发同步控制电路的方法,可有效抑制激光脉冲抖动对系统同步控制精度的影响,从而克服水体表面反射和后向散射对成像的影响,提高了成像质量。在有效衰减系数为0.52m-1的湖泊中,系统的成像深度可达到水下7m,对于浅水目标的探测、识别非常有效。     

低慢小目标面阵推进式激光成像探测方法研究

为了解决空中低慢小目标探测存在"发现难、识别难、跟踪难"的问题,提出了一种面阵推进式激光成像探测方法。采用面阵探测器对场景选通成像,通过车载成像系统的行进来实现多帧不同场景图像的获取,并运用一种特定的距离映射关系来实现对观测场景的3维重构。以低空小型飞行物为目标,设计了成像探测系统的基本参量,并从激光二极管阵列单元、脉冲宽度与重复频率、大气衰减、信噪比和脉冲峰值功率等方面分析了成像探测系统的基本性能。结果表明,在低空范围内,面阵推进式激光成像探测方法可有效对大面积空域进行快速3维成像,缩短图像生成时间,为下一步的系统工程实现提供了理论和技术指导。     

低慢小目标面阵推进式激光成像探测方法研究

为了解决空中低慢小目标探测存在“发现难、识别难、跟踪难”的问题,提出了一种面阵推进式激光成像探测方法。采用面阵探测器对场景选通成像,通过车载成像系统的行进来实现多帧不同场景图像的获取,并运用一种特定的距离映射关系来实现对观测场景的3维重构。以低空小型飞行物为目标,设计了成像探测系统的基本参量,并从激光二极管阵列单元、脉冲宽度与重复频率、大气衰减、信噪比和脉冲峰值功率等方面分析了成像探测系统的基本性能。结果表明,在低空范围内,面阵推进式激光成像探测方法可有效对大面积空域进行快速3维成像,缩短图像生成时间,为下一步的系统工程实现提供了理论和技术指导。     

基于EMCCD的激光主动成像参数分析

摘要：分析了EMCCD成像噪声,建立了EMCCD成像信噪比模型,并推导出基于EMCCD的激光主动成像信噪比模型,最后,仿真大气水平传输、大气斜程传输和空间传输情况下,基于EMCCD的激光主动成像的探测距离和激光功率与成像信噪比之间的关系。     

水下激光距离选通成像系统的模型与极限探测性能研究

为了改善现有水下激光距离选通成像建模方法在收发时序和器件特性方面的不足,提出了一种改进的系统模型。该模型以一维(1D)方波信号为研究对象,通过计算该信号的输出信噪比来评价成像系统的性能。模型考虑了水下激光脉冲的时域展宽和增强型电荷耦合装置(ICCD)的增益噪声特性以对现有模型的不足进行改进。通过模拟计算与实际水下激光距离选通成像系统所采集的图像相对比的方法验证了模型正确性,又通过对系统在不同水质下极限探测距离的仿真计算表明距离选通技术对人形暗目标的探测、识别和认清距离达到了9,7.5和7个衰减长度,从而证明了距离选通技术能够有效探测劣质水况下的中小目标。     

基于序贯检验的激光主动成像目标探测方法

针对激光主动成像图像信噪比较低、目标难以被实时探测和识别的问题,提出了一种多通道序贯概率比检验(SPRT)的激光主动成像目标探测方法。基于原始观测数据,构造对数似然比检验,给出似然比判据及阈值的计算方法。结合激光主动成像的多通道特性,采用序贯概率比检验,在给定虚警概率和检测概率的情况下,对仿真的强度像和距离像通道进行探测。理论分析和实验结果表明,该方法能够实现对激光主动成像图像中目标的可靠检测,且具有检验速度快、所需样本少以及可在线计算等优点,可以满足激光主动成像制导中目标探测的准确性和实时性要求。     

激光主动成像图像边缘检测

针对激光主动成像图像的特点,分析了Canny边缘检测算子存在的不足。应用小波多尺度分解算法对激光主动成像强度图像进行小波变换,应用Bayes Shrink自适应阈值法对小波系数进行滤波,把滤波后的图像按照Canny三条检测标准进行边缘检测,并给出衡量图像边缘检测效果的指标。通过比对各种实际激光主动图像的边缘检测算法的结果可以看出本文的算法达到了很好的效果。     

一种改进的激光距离选通成像系统

距离选通技术是克服激光后向散射,提高激光距离选通成像系统信噪比的有效方法。阐述了激光距离选通成像原理,详细分析了距离选通关键技术,指出了传统的距离选通同步控制方案的缺点,提出了一种改进的激光距离选通成像系统,讨论了激光距离选通成像系统今后需要重点研究的课题和发展趋势。     

基于“猫眼效应”的激光主动成像探测系统性能分析

通过对调制对比度限制下的作用距离建模,文中分析了激光主动成像探测系统的性能.首先描述了系统组成,然后通过调制对比度的表达式导出了作用距离模型,最后根据"猫眼"目标和漫反射目标不同的特性分别进行了仿真计算.结果表明:激光主动成像探测系统基于"猫眼"效应探测时性能大大提高.     

非扫描激光主动成像系统性能分析

介绍了面阵非扫描型激光主动成像系统的原理、特点及影响其性能和成像距离的因素。对激光主动成像模型、ICCD探测器性能、灵敏度指标换算和目标识别性能进行了分析计算。依据入射辐照度和探测器辐照度灵敏度,建立了探测距离公式和入射辐照度需大于探测器辐照度灵敏度2倍的距离估算方法。采用808 nm波段激光进行的主动成像实验证明了理论分析的有效性。     

激光辅助照明主动红外成像研究

介绍了激光辅助照明主动红外成像系统的基本原理和组成、激光光源的制作和技术参数、光学系统和接收器件的选用.研究了半导体激光光纤耦合器件作为夜视光源其制作中光束整形、均匀化方法和性能指标,并根据CCD相机光谱进行分析来选用合适的接收器件.研制出一台激光辅助照明主动红外成像样机,通过多次外场实验,获得质量较好的夜视图像.该设备造价低廉,像质较好,可以用于民用的安全监控,也可作为轻武器火控或单兵观瞄等用于军事领域的夜视观察.     

一种改进的基于DSP的激光距离选通成像系统

采用激光束主动照明,是对远距离暗目标进行成像探测和精确跟踪的有效途径.从激光距离选通成像系统的成像关系出发,分析了距离选通方式和非距离选通方式下的激光距离选通成像系统的信噪比,从理论上说明了采用距离选通技术可以有效地抑制后向散射等背景噪声.讨论了激光距离选通成像关键技术,分析了传统的激光距离选通成像系统的缺点,提出了一种改进的基于数字信号处理(DSP)的激光距离选通成像系统.该系统利用快速DsP控制器完成测距和距离延迟,产生纳秒级的选通脉冲选通ICCD摄像机,实现距离选通.该系统克服了传统的激光距离选通成像系统需要已知距离,需要精确测量激光器的传输时间延迟等缺点,可以获得目标的距离信息和距离选通图像.     

基于线偏振激光主动成像的目标探测与识别

在对偏振光进行Stokes参量法描述的基础上,用线偏振激光对六种不同材料的目标进行了主动成像实验.实验中,先分别用CCD1和CCD2接收水平偏振图像和竖直偏振图像,然后,根据两幅图像的平均灰度值IX和IY,算出了不同目标反射光的偏振度P.在此基础上,对绿色油漆覆盖的铁片和铜片进行目标识别实验,通过对偏振图像进行直方图均衡化处理,将两种不同材料的金属目标明显地识别出来.实验证明,偏振图像具有识别目标细节的能力,特别适合暗小目标的探测与识别.     

激光同步扫描三角测距成像系统的设计

提供了三维面菜测量系统设计的实例，其中包括各反射镜尺寸设计；电动机及A/D转换卡的选择；扫描范围、扫描行数和列数、帧频和分辨率的确定。最后给出了控制步进电动机和A/D转换卡的电路原理图。     

成像型激光探测系统作用距离研究

作用距离是激光探测系统设计首要考虑的内容。以成像型激光探测系统为技术背景,分析了激光在大气中的传输效应,得出了光束传输与大气参量如大气能见度和折射率结构常数的关系式。进而考虑大气闪烁对激光瞬时分布的影响,综合孔径平均效应推导出了系统在一定探测概率时,用最小探测功率或最小照度表示的作用距离模型。并结合典型实例,数值模拟了接收功率与探测距离的定量关系。计算结果表明,灵敏度为毫瓦每平方厘米级的激光能够探测到一般战术情况下经过接收器平台附近的激光信号,从而为系统设计和研制提供了理论依据。