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。

激光距离选通成像关键技术

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 ,指出传统的距离选通同步控制系统的缺点 。

直接测距型无扫描激光主动成像验证系统

为提高成像效率,研究了基于雪崩光电二极管(APD)阵列和分束照明的直接测距型无扫描激光主动成像系统。系统采用脉冲激光器作为光源,通过测量激光脉冲飞行时间来获取目标距离信息;基于达曼光栅进行分束照明以提高能量利用率。另外,光学系统采用收发共孔径结构,保证了目标处激光脚点和APD阵列各像元的几何对准。与参考APD所采用固定阈值时刻鉴别法不同,系统采用固定阈值与恒比定时相结合的时刻鉴别法处理回波APD阵列的输出信号以适应外光路参数的变化。各通道采用专用计时芯片TDC-GP22测量启停脉冲之间的时间间隔,实现了45ps的计时分辨率。最后,将19m和31m处放置的两个角反射器作为合作目标进行了成像实验,并给出了所获取的距离图像。结果表明:两个目标的平均距离分别为19.28m和31.54m,测距误差分别为0.28m和0.54m,显示提出的设计方案切实可行。

激光主动成像结合距离选通技术的零时信号测量方法

针对火箭起飞过程中零时信号难以准确测量问题,提出了激光主动成像与距离选通技术相结合的测量方式,并通过求取光流的变化进而求取位移移动量获得火箭起飞的零时信号。对现有的零时信号测量方式进行了分析,确定了基于距离选通的ICCD成像方式,结合目标垂直上升的特性,提出目标轮廓与HS光流结合的抗光照干扰算法。实验结果表明:在模拟目标匀速上升过程中,在光照变化不大情况下,单独的边缘检测及单独的HS光流检测算法均能检测出目标的上升趋势;在光照变化剧烈情况下,边缘检测及HS光流检测算法均出现严重的误差,目标轮廓与HS光流结合算法排除了目标内部的干扰,得到的目标像素点位移量与真实的上升量基本一致,误差在亚像素量级,若图像帧频为25 fps,则时间精度为80 ms,完全符合零时信号提取的要求。

532nm激光距离选通成像系统

实现了一套基于532 nm波长的距离选通成像系统,并选择了几种典型环境进行了相应的原理验证实验。采用532 nm的全固态调Q脉冲激光器作为主动照明激光,激光单脉冲能量可以在35~100 mJ之间调节,系统接收望远镜口径为200 mm。采用PIN探测器获得激光脉冲发射时间,并控制目标成像的曝光时刻。成像探测器采用ICCD（intensified CCD）,最小曝光时间为2 ns。通过实验对比说明该系统能够在小雨天或者有烟雾的情况下正常工作,但是获得图像的信噪比会有所下降,同时能够在强光背景干扰的环境下获得目标的图像信息。该套系统的原理验证性实验能够为距离选通成像技术的进一步发展提供重要参考。

水下光电成像技术与装备研究进展(上)——水下激光距离选通技术

激光距离选通成像技术是当前国内外不断发展且应用有效的水下光电成像技术之一,国外20世纪90年代后陆续公开了一些水下光电成像探测系统和实验结果。结合海洋资源勘探、水下救援和侦察等应用领域的需求,全面介绍并对比分析了当前国内外典型水下激光距离选通成像装置和性能水平,讨论了其技术特点,对水下激光距离选通成像技术的发展和装置应用具有意义。

水下探测光电成像技术及其进展

阐述了激光主动照明选通成像的原理。针对水下成像系统对光电接收器件和照明光源性能的要求,介绍了当前主要成像器件的特性和在选通成像系统中的优缺点。重点分析了ICCD光电接收器件的选通性能和特点,列举了几种先进的ICCD系统的性能参数。对其它几种水下成像系统的性能参数进行了简单的介绍和对比,分析了今后成像器件的发展方向。

基于激光距离选通成像的非视域成像应用

非视域成像是国外近几年出现的一种新的成像模式,能够绕过拐角对难以直接观察的场景进行成像。介绍了基于激光距离选通成像技术的非视域成像模式,给出了国外的几个典型非视域成像实验及其结果。搭建了基于532 nm激光器和ICCD探测器的距离选通成像系统,以窗户玻璃和墙面瓷砖作为中介反射面,分别获得了50 m和20 m处目标的非视域图像。实验结果表明,非视域成像的效果与中介反射面的反射特性有关,许多具有一定镜面反射特性的建筑材料均可作为中介反射面,用于非视域成像;非视域成像模式在城市巷战、公安侦察以及抗灾救援等领域展现出潜在的应用前景,是一种具有发展前景的新型光电成像模式。

激光照明距离选通成像技术研究进展

阐述了激光主动照明距离选通成像系统的工作原理,介绍了几种正在研制或已经研制成功的激光照明距离选通成像系统,并对激光主动照明距离选通成像技术的应用前景进行了分析。

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675m和1509m 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。

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532nm、最大单脉冲能量400mJ的Nd:YAG脉冲激光器作为照明光源,采用最小选通门宽3ns、像元1024×1024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。

距离选通激光主动成像技术研究进展

阐述了距离选通原理 ,在此基础上详细地分析了距离选通关键技术 ,介绍了距离选通激光成像系统的最新研究进展 。

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。

距离选通激光成像系统发展现状

阐述了距离选通激光成像原理 ,在此基础上扼要分析了距离选通关键技术。介绍了三种典型的距离选通激光成像系统 ,讨论了距离选通激光成像系统今后需要重点研究的课题 。

基于激光距离选通的非视域成像特性分析

激光距离选通成像系统借助具有一定镜面反射特性的中介反射面可以实现绕过拐角对隐蔽目标成像,即非视域成像。在对中介反射面模型化的基础上,分析并推导非视域成像系统探测器光敏面上的信号辐照度与干扰辐照度,进而给出非视域图像的对比度模型;结合典型非视域成像系统参量,分析中介面反射特性及其位置对非视域成像的影响。分析结果表明:对于大多数实用的中介反射面,只有采用激光距离选通成像模式才能实现非视域成像;当探测器和目标的位置确定时,中介反射面距离目标越近,非视域成像系统探测、识别目标的难度就越大;在实际使用过程中,采取适当的使用策略或方法可以最大限度发挥系统的性能。文中建立的模型及分析结果对于非视域成像的理论研究、系统设计和实际应用具有指导意义。

激光主动成像技术应用及发展

近年来,激光主动成像技术得到快速发展,为获取高分辨率的图像信息提供了一种全新的探测手段。本文阐述了距离选通成像系统的基本原理,结合国外研究成果,对4种成像探测系统做了介绍:超分辨率距离映射成像系统、短波红外单基/双基成像系统和红外与激光双模组合成像系统。重点对各系统的构成、关键器件及技术优势进行了研究,并对实验结果进行了分析。分析了距离选通成像技术的发展趋势,对发展新型成像探测系统具有参考价值。

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。

激光主动成像图像制导导引头设计

提出了一种采用半导体激光器、基于DSP的距离选通和连续激光切换成像的激光主动成像图像寻的导引头设计方案,分析计算了方案中关键部件半导体激光器、接收CCD、发射光学部分、接收光学的性能指标,最后指出了半导体激光主动成像图像处理单元相比红外图像、微波图像等自身独有的特点。方案中设计的导引头能够在雨、雪、雾等较恶劣的天气及白天、黑夜使用,是一种发射后不管,全天候作战的导引头。

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。

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。