距离选通激光水下成像系统的门控信号对图像质量的影响

研究了水体的前后向散射光和目标反射光的传输特性,运用脉冲激光器和增益型CCD(ICCD)搭建了距离选通激光水下成像实验系统,建立了计算距离选通激光水下成像系统光信号的数学模型,分析了图像对比度传递系数与门控信号的关系.编制计算机程序,根据所搭建实验系统参数计算并绘制了距离选通激光水下成像系统门控信号与图像对比度传递系数的关系曲线,提出了距离选通激光水下成像系统最佳门控策略.数值计算和实验结果表明:在ICCD未饱和的情况下.精确开门得到的图像质量最高,不论是滞后开门或是提前开门都会使图像分辨率有所下降,但滞后开门比提前开门较为有利,并且选通门开启的持续时间则应取激光脉宽的1～3倍.     

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。     

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。     

基于水下成像系统模型的水下图像超分辨率重建技术研究

水下成像技术在诸多领域获得了越来越多的应用,然而由于受到成像器件参数、水体特性等成像系统参数的影响,水下图像的分辨率普遍较低、像质较差。基于包括点扩散函数、衍射极限等水下成像系统模型的图像超分辨率重建技术,能够在提高图像分辨率的同时增强图像质量。为了尽可能提高图像分辨率,建立了基于光束传播理论的超分辨率成像模型,并将其应用于水下脉冲激光距离选通成像结果图像的超分辨率重构。重构实验的结果表明,所提出的方法可以有效地提高水下成像的分辨率和质量。     

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。     

基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量

时域展宽是脉冲激光在水下传输时的重要特性,直接影响蓝绿激光对潜通信和水下激光成像等水下光电应用的性能。推导了选通深度曲线的特征参数与脉冲激光回波波形参数和增强型电荷耦合器件(ICCD)选通波形参数的关系,从而提出了基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量方法。利用所搭建的高重频脉冲激光水下成像系统,在大型室内船池中进行实验测量。结果表明,所提方法能够有效完成脉冲激光在水下传输时的时域展宽测量,尤其适用于远距离传输的情况。     

水下距离选通成像雷达激光照明模型

基于脉冲激光器的水下距离选通成像雷达是水下光电探测的重要手段之一,为了在探测距离内获得有效的照明范围,在小角度散射条件下,推导了水体光束扩展函数,提出了一种水下高斯光束激光照明模型。采用532 nm调Q倍频Nd:YAG脉冲激光器实验测量了不同发散角激光在水下目标平面上的照度分布半径。与其他模型仿真结果进行对比表明,该激光照明模型能够较好地吻合实验结果。模型误差随着照明距离和激光发散角的增加而变大,在目标平面直径为1 m的圆形照明区域条件下,仿真得到的照明光斑半径在8.5个衰减长度范围内与实测值误差不超过0.1 m。     

基于雪崩级联电路控制激光照明源的水下激光选通成像

基于雪崩级联原理研发了用于水下激光选通成像的MARX级联电路激光照明源。相对于普通激光驱动器,该MARX级联电路有输出脉冲窄、峰值高、上升沿短、重复频率高、成本低、体积小、质量轻等优点。采用级联电路研发的脉冲激光照明光源在实现ns量级脉冲宽度性能的基础上保持了照光源系统体积的小型化。该脉冲照明源结合激光整形及匀化光学技术进行了水下选通成像验证实验,在10 ns的脉冲宽度下,实现水下7倍衰减长度范围内的选通成像。该文涉及的电路、光学方面的改进对降低激光选通成像系统的体积、成本及实际应用具有重要意义。     

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.     

水下距离选通成像系统参数对成像效果影响的实验研究

利用自行研制的水下距离选通成像系统在实验水池中对水下靶板进行成像探测,通过改变探测激光能量和像增强器增益,研究了不同系统参数对实际成像探测效果的影响。通过对实验数据的分析,得出了只是提高探测激光能量与ICCD增益不能继续改善探测图像质量,系统参数与探测结果之间存在最优化关系的结论,为水下距离选通成像系统设计提供了有益的...     

一种远距离水下光电成像的方法

为了增大水下光电成像探测系统的探测距离,降低系统造价成本,对距离选通技术中存在问题进行分析研究,提出降低激光单脉冲能量,提升系统运行频率,增加CCD曝光时间的方法。利用噪声随机特性及目标回波的相关特性进行多脉冲累计提高探测距离。对距离选通系统进行适应性改进,并在室内水池进行实验。实验结果表明:此方法可有效增大系统探测距离,且目标图像质量与激光脉冲数量存在一定最优匹配关系,实验中10次脉冲累计获取到29 m距离处的目标图像质量最佳。     

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。     

距离选通成像系统分辨率模拟测试装置

距离选通成像系统采用脉冲激光主动照明与ICCD选通技术相结合. 为了在室内模拟测试一定大气条件下距离选通成像系统的分辨率,设计了一套模拟测试装置. 采用两个模拟光源,分别模拟信号光和后向散射光. 结合大气距离选通成像系统后向散射光和信号光模型的研究结果,采用阴极面等效辐射照度法,给出了模拟光源功率的计算方法和功率范围的确定方法,以S-20光电阴极的像增强器与CCD耦合为例,计算了模拟光源功率.     

距离选通成像系统分辨力模拟测试装置的设计

距离选通成像系统采用的是脉冲激光主动照明与ICCD选通技术相结合的方法。为了在室内模拟测试在一定大气条件下距离选通成像系统的分辨力,设计了一套模拟测试装置。以辐射传输理论为基础,建立了大气距离选通成像系统后向散射光和信号光的模型。该模型给出了后向散射光和信号光在光电阴极面上照度随时间的变化规律。采用两个模拟光源,分别模拟了信号光和后向散射光。采用阴极面等效辐射照度法,给出了模拟光源功率的方法。以S 20光电阴极的像增强器与CCD的耦合为例,计算了模拟光源的功率。     

低照度成像组件的最小可分辨率对比度测量及其作用距离模拟

搭建了一套光电成像系统的最小可分辨对比度测试实验系统,并对MTV-1881-EX型低照度CCD和NOCTURN XL型超低照度CMOS成像系统的最小可分辨对比度进行了测量,分析了对应两款低照度成像组件在相同焦距、相同瞬时视场、相同视场条件下的作用距离,结果表明:1)超低照度CMOS成像组件具有更好的低照度成像质量;2)基于最小可分辨对比度的作用距离模型由于考虑了系统信噪比、调制传递函数和景物对比度等因素,可更有效地预测光电成像系统的作用距离;3)在相同瞬时视场或成像视场条件下,超低照度CMOS成像系统具有更佳的作用距离.本文方法对于拓展基于最小可分辨对比度的光电成像系统作用距离模型的应用具有重要的作用.     

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。     

消除水下激光图像混合噪音的软形态滤波算法

除了采用距离选通等特殊机制来消除后向散射之外,水下激光成像系统作用距离的进一步提升依赖于对图像中噪音的有效抑制.在分析水下激光距离选通图像噪音特性的基础上,引入软形态学,设计了多方向结构元和极化软形态变换,组成开-闲级联滤波器.对于其中的重复度参量,以散斑指数和边缘能量为目标,采用离散差分算法优化.实验结果表明,该算法...     

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。     

条纹激光扫描水下成像系统中像面照度特性的研究

条纹激光扫描成像方法能够同时满足水下激光成像系统对增大视场和减小后向散射光影响的要求.对条纹激光扫描成像系统中的像面照度特性进行了理论和实验研究,推导出了目标反射光照度和后向散射光照度的计算式,分析了图像对比度与成像距离间的关系,并进行了极限成像距离的水下实验.实验结果表明该套成像系统的极限成像距离均为2个衰减长度.     

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。