大功率激光对CCD探测器损伤研究

针对大功率激光辐照可见光成像探测器损伤机理,开展了1080 nm波段大功率连续激光对CCD探测器损伤模型仿真与实验研究。首先,基于CCD典型结构及各层材料特性,建立了连续激光对CCD探测器热效应损伤模型,仿真模拟了CCD各层瞬态温度场和应力场,分析了连续激光损伤CCD多层结构的时间演化规律;其次,开展了连续激光对CCD探测器损伤实验,获取了CCD损伤阈值,并利用金相显微镜、扫描电镜对CCD探测器各层熔融情况进行了分析;最后,对模型仿真与损伤实验结果进行了对比,并分析了损伤阈值存在差异的原因。结果表明,1080 nm连续激光辐照可见光CCD探测器400 ms时的仿真损伤阈值为1.45×10^(6)W/cm^(2),实验损伤阈值2.13×10^(6)W/cm^(2),误差约为31.9%。仿真与实验结果对探究大功率激光辐照CCD探测器损伤机理、评估干扰效果具有一定的参考意义。

空间目标散射光谱图像反演识别

空间目标由于距地相对较远,且散射光信号受到大气介质的强散射,在地基测量中很难获取到目标的准确信息。近年来光谱观测技术蓬勃发展,由此为空间目标测量提供了新的方案,但在采集的目标光谱信息中,由于目标轨道高度、材料组成等大多相近,很难直接从光谱曲线中分辨出目标。为此基于双向反射分布函数(BRDF)散射理论,建立了空间目标散射光谱成像模型,并由1.2 m口径地基观测平台与光谱视频成像系统实验测量了一组高轨道同步卫星(GEO)目标,光谱范围为400~720 nm,光谱分辨率为2 nm。采用径向基神经网络算法对光谱数据中的BRDF进行解混,实验测量了六种空间目标典型材料的BRDF。由于目标相对较远,已经超出探测系统的衍射极限,因此目标可视为点目标,但在地基测量中大气层是阻隔在探测系统和目标之间的重要屏障,目标光信号穿过大气层时会受到大气介质的强烈散射,这种散射虽然很大程度上削弱了光信号,但同时光信号也被按原结构放大。依据光学记忆效应,目标光信号穿过均匀大气介质后其结构仍保持不变。基于以上分析,目标光斑图像应该保留有目标投影结构的信息。为此采用针对目标光斑图像纹理区域分割反演的方法,将目标光斑划分为10个纹理区域,并提取对应光谱数据。通过探测系统传递函数标定以及减噪处理,获得了观测时段在轨目标空间几何角度下的光谱曲线。再利用建立的典型材料光谱数据库进行拟合反演。结果表明:在2号、5号、10号纹理区域反演出了区别于其他区域不同的材料类型。同时,反演的各纹理区的材料面积比也有较大不同。为进一步评估拟合结果,采用非奇异矩阵对拟合效果进行评价,分析了扰动方程,拟合准确率最高为85.2833,最低为76.9827。这说明拟合结果是相对真实的,目标散斑图像中含有可分辨的目标投影结构信息。此研究为揭开点目标成像探测和散斑图像结构识别提供了新的方向。

超连续谱激光对可见光跟瞄设备干扰实验研究

激光对成像跟瞄设备的干扰效应研究是当前的一个热点,目前国内采用超连续谱激光对可见光成像跟瞄设备干扰的研究较少。本文主要采用白光光纤激光器产生超连续谱激光,对不同模式下的可见光成像跟瞄设备开展辐照实验,得到了不同工作模式下跟瞄设备探测器干扰阈值数据,通过拟合得到了探测器饱和像元数与干扰激光功率密度之间的数学关系式,并对跟瞄设备不同工作模式下的实验结果进行了分析比较。实验结果对超连续谱激光干扰装备的论证、设计具有一定的参考意义。

基于标定信息的高低分辨率图像配准方法

针对激光三维成像系统分辨率较低,特征点不易提取,同时与可见光成像系统图像配准实时性不高的问题,提出了一种基于标定信息的低分辨率距离图像与高分辨率强度图像配准方法。首先,通过对激光三维成像系统与可见光成像系统进行标定,得到了二者的内参数、外参数以及畸变系数;其次,利用二者的标定信息,通过构造像素匹配模型,确定了低分辨率距离图像像素点所对应的高分辨率强度图像像素点。最后,通过遍历低分辨率距离图像每一个像素点,实现低分辨率距离图像与高分辨率强度图像的像素配准。实验结果表明:该方法在保持准配精度基本不变的情况下,配准时间从2.111 s减为0.856 s,降低了算法的时间消耗,具有一定的可行性。

基于改进SURF算子的高低分辨率图像配准方法

针对激光三维成像传感器与可见光传感器图像分辨率差异较大,配准过程中特征点误匹配情况严重的问题,提出了一种基于改进SURF算子的高低分辨率图像配准方法。首先,采用双线性插值算法对低分辨率图像进行预处理,然后在经典SURF算子的基础上,采用最近邻向量匹配法完成SURF特征的粗匹配,并基于特征偏移一致性原则对匹配情况做进一步优化,最后结合RANSAC和最小二乘法求出图像之间的仿射关系,利用所求的变换参数插值得到配准后的图像。实验结果表明,该配准方法在保持配准速度的同时,结构相似性测量指数提高了约11%,进一步提高了配准的精度。

基于控制点的一种高光谱图像配准方法

提出了一种改进的基于控制点(control points,CP)的高光谱图像配准算法,该方法利用Forstner算子对不同类型传感器所获取的图像进行特征点提取,然后用2种方法对同名特征点进行有效匹配,最终利用一个仿射变换实现高光谱图像与高分辨率图像的配准。通过实地图像成像实验、图像配准实验和图像融合验证实验,证明了算法的有效性。

激光对星载相机的干扰能力研究

激光辐照到卫星的星载相机光电探测器上会形成干扰光斑,该干扰光斑会使星载相机“致盲”,从而无法侦察到地面部分区域。本文以可见光波段激光辐照星载相机为例,建立了激光干扰星载相机的地面防护能力评估模型,分析了影响防护区域大小的主要因素,定量评估了激光对星载相机的地面防护效能。

不同背景下超连续谱激光对成像系统的干扰

超连续谱激光辐照可见光成像系统的干扰效应研究具有广泛的应用前景。针对超连续谱激光干扰效应,开展了不同辐亮度背景下超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验研究。采用白光光纤激光器产生超连续谱干扰源,搭建了超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验系统,得到不同辐亮度下探测器的干扰阈值数据,建立了探测器饱和像元数与干扰激光功率密度之间的数学关系模型,并对干扰阈值数据进行分析。结果表明,探测器饱和像元数与干扰激光功率密度近似呈线性对数关系,在低辐亮度背景下可见光成像系统更易受到干扰。实验结果对超连续谱激光干扰装备的设计、论证及作战使用具有一定的参考意义。

高温退火对硅基微腔的光致发光影响

纳米硅的研究是目前发光领域中非常活跃的方向。其发光性能可改进目前的硅基发光器件的性能,实现硅基光源集成,有利于突破其发光效率低的技术瓶颈。通过分别控制空气和氧退火氛围、不同的退火时间,采用纳秒脉冲激光制备蜂窝状纳米单晶硅阵列的腔体结构,分别获得对应纳米硅表面Si-O-Si局域态630 nm光致发光源和对应Si=O的局域态710 nm光致发光源。为了进一步解释这种现象,提出一种局域态与量子限制效应相互竞争导致硅材质表面形成类三能级结构的模型,该类三能级结构可在控制不同退火氛围和不同退火时间的机制下,受到光激励而形成可调制特征发光源。

基于双线性插值算法的低分辨率传感器标定方法

针对无扫描激光三维传感器成像分辨率较低、标定精度不高的问题,提出了一种基于双线性插值的低分辨率传感器标定方法。首先运用双线性插值算法,对低分辨率传感器所成图像进行升采样以提高图像分辨率,然后利用基于OpenCV标定算法对其进行标定,最后将标定结果与传统方法标定结果进行分析比较。实验结果表明,该方法能够将低分辨率传感器参数的标定误差缩小近1/2。运用双线性插值算法提高图像分辨率,可以提高对低分辨率传感器的标定精度。