宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究

傅里叶叠层是一新型的宽视场高分辨成像技术,但是其在宏观成像领域的应用中,成像模型在米级成像距离下通常仅有2 cm左右的成像视场,难以满足使用要求。为了提高宏观傅里叶叠层技术的成像距离和视场,文章开展了远距离宏观反射式傅里叶叠层成像模型的理论研究,提出了一种新的宏观傅里叶叠层成像模型,该模型使用发散光束照明,通过球面波移位对目标傅里叶谱进行扫描重建高分辨率目标图像;此外,还分析了宏观相干成像机理和傅里叶成像模型近似条件,由此推导出模型的近似范围,为模型推广提供了理论基础;最后,利用搭建的实验系统对10m外目标成像,使目标分辨率从1.4 mm提升到0.35 mm,分辨率提升4倍以上,验证了模型具有通过合成孔径技术提升目标成像分辨率的能力。

DPSS激光雷达距离成像的研究

利用二极管泵浦固体激光器作为发射源 ,用二维光机扫描的方式 ,通过对几百米之外的目标进行测距 ,得到了目标的距离信息 ,经过处理最终得到了目标的 1 6级灰度距离像。

激光雷达距离成像精度改进方法

成像激光雷达是一种有源成像系统,使用脉冲激光发射器和面阵接收器产生3D距离图像,具有广范围精度和宽范围门等特性。文中通过静态弥散宽度对图像模糊的影响分析,提出了时间分辨信号分布模型和改进范围精度分析方法。通过激光雷达测距系统试验分析表明,利用该模型得到的最佳静态弥散宽度对距离成像精度有显著影响,能够在白天强背景环境下对室内和室外的10 m和1700 m目标进行距离成像。在室内成像中,当静态弥散宽度为43.4μm时获得的最优测距精度为0.06 m,在室外成像中,获得了测距误差为0.25 m的分米级3D图像。该方法能够有效地提高激光雷达成像距离和成像精度,从而提高交通流测距和测速的精度。

子波高分辨谱估计方法及其在毫米波雷达目标一维距离成像中的应用

文中研究了一种子波谱估计方法.将该方法用于实际的毫米波雷达目标一维距离成像背景之下,在信号采样频率、采样数据长度相同时,可以获得像分辨率高于相同条件下FFT方法的一维距离像,从而可以对一维距离像进行高分辨地分析,在实际应用中具有一定的意义。

微波检测焊接裂纹的一维距离成像技术

提出了将步进频脉冲信号应用于微波检测。基于散射中心模型,分析了该信号检测焊接裂纹的机理,给出了步进频脉冲波形设计准则。通过仿真,其模糊函数表明该波形具有高的距离分辨率,从而使获得焊接裂纹的一维距离成像成为可能。在分析和设计的基础上,提出了IFFT(逆傅里叶变换)成像算法,并对其成像原理进行了分析。结果表明,该算法可实现基于步进频脉冲的焊接裂纹的一维距离成像。在一般条件下,对该算法进行了仿真,仿真结果表明该算法可得到实际焊接裂纹的全程一维距离像。

毫米波PSF雷达运动目标距离成像的补偿

利用毫米波脉冲阶梯跳频（PSF）雷达波形的特点,解决了在运动目标高分辨距离像中存在的距离-速度模糊问题,实现了运动目标距离成像的补偿。计算机仿真实验验证了算法的有效性。

短相干照明与偏振相结合的水下远距离成像

随着透明海洋战略的提出,低成本的凝视成像装备在水下光学成像中独具优势。然而,后向散射和成像目标难以分离,远距离凝视成像极为困难。更为严重的是,在采集到有效目标图像之前,过强的后向散射噪声已经使图像提前饱和,无法进行后续处理。本文提出了短相干照明与偏振成像相结合的水下远距离成像方法,利用短相干光源照明简化后向散射与成像目标的分离过程,同时,采用偏振技术有效抑制后向散射,防止图像提前饱和,保障目标图像的有效采集。为此,搭建了大型水下光学成像实验平台,并对22 m的远距离水下目标进行了成像试验研究。试验结果表明,该复合成像方法获得的图像信噪比由0.50 dB提高到13.57 dB,设备的抗提前饱和能力提高了1.42倍,优于传统的偏振成像,可以为大范围水下光学监控提供技术支撑。

可快速精确重建的毫米波MIMO近距离成像机制研究

毫米波成像在人体安检领域发挥了重要作用,引起了人们的广泛关注。现有的毫米波近场人体安检成像机制主要分为SISO和MIMO两种。SISO机制可实现快速精确成像,然而随着工作频率的升高,其所需天线数目迅速增长、天线间隔下降,不仅造成了系统成本提升,还使得天线耦合难以被抑制。MIMO机制虽然降低了成像所需的天线数目、增大了天线间隔,但目前无法实现类似SISO机制的快速精确重建。提出了一种可快速精确重建的MIMO近距离成像机制,定量给出了该机制的适用条件。与传统MIMO近距离成像机制不同,该MIMO近距离成像机制通过巧妙地设计MIMO子阵列,使其在近场成像中满足等效相位中心原理。因此它能够直接使用诸如距离迁徙算法(range migration algorithm,RMA)等各种基于SISO机制开发的精确且快速的成像算法去重建图像,兼顾了SISO机制和MIMO机制的优势。E波段的示例表明,在近场毫米波成像中,该MIMO机制与SISO机制具有同等水平的成像质量和成像速度,但相较于SISO机制,该MIMO机制的天线利用率、天线间隔可提升4倍以上。与传统MIMO成像机制相比,该MIMO成像机制不但有更好的成像质量,而且其重建速度大幅提升,在一个成像区域为1 m×1 m×0.2 m,体素尺寸为1.85 mm^(3)的典型成像场景中,比传统MIMO成像机制快近200,000倍。仿真和实验结果验证了该成像机制的有效性。

基于特征分解功率谱估计的距离成像算法

线性调频(LFM)信号是高分辨率雷达的主要信号形式之一,通过分析LFM雷达信号实现距离高分辨率成像的原理,针对杂波和噪声对雷达回波信号的影响,提出了利用基于特征分解功率谱估计的方法进行频率估计,从而实现LFM雷达信号的距离成像的算法。仿真结果表明,该方法对低信噪比情况下的目标距离一维成像是有效的。

距离成像激光传感器（TILT）

介绍了法国ONERA研制的三维视觉系统TILT。该系统用于可移动机器人技术并成功地室外车辆上进行了测试。该系统有两个主要部件是：光学探头（测距机、扫描仪、模拟处理）和电子机柜（数字处理和视频处理）。TILT的新颖之处是快的成帧速率（25Hz）和其角分辨力（20°×20°视场中高达256×256个点）有关。介绍了主要部件并讨论了一些结果，。对某些图象进行了分析，给出了典型的例子。

激光距离选通三维成像技术研究进展(特邀)

随着人工智能时代的到来,同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存在异源数据融合问题,尤其是在雾雨雪天气条件下以及水下等传输链路中存在严重散射的情况时难以有效工作。激光距离选通三维成像技术利用单一门控成像器件可同时获得高质量二维强度图像和高分辨率三维图像,其二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应,并继承了激光距离选通成像透散射成像的技术优势,具有实现高性能激光相机雷达的技术潜力。论文系统综述了步进延时扫描、增益调制、距离能量相关等激光距离选通三维成像技术的研究进展,介绍了该类技术的国内外典型应用情况,最后分析了该领域所面临的挑战及进一步发展方向和应用前景。

不同水质下光学偏振对距离选通成像目标识别距离的影响分析

水下光学成像技术对于海底资源勘测、海洋生态监测、水下搜索救援、水下考古等应用具有重要意义。相比传统水下摄像机,距离选通成像技术可以过滤选通切片外的后向散射噪声和环境背景噪声,实现高质量水下成像,但是在浑浊水体中仍然会受切片内后向散射噪声影响,导致成像距离缩短。对此,开展了光学偏振与距离选通成像结合的水下偏振选通成像技术研究,利用后向散射光良好的保偏性去除选通切片范围内的后向散射噪声,提升目标识别距离。通过理论仿真和实验研究,对比分析了不同水质下距离选通成像和偏振选通成像目标识别距离的差异。发现存在临界衰减系数c0:当水体衰减系数小于等于c0时,光学偏振对于提升距离选通成像工作距离无效果;当水体衰减系数大于c0时,偏振可提升距离选通成像工作距离。实验中还发现,目标反射率会影响临界衰减系数。该研究有利于不同水质下距离选通成像的优化应用。

高分辨率贝塞尔光束激光成像

本文研究了一种基于贝塞尔光束的远距离激光三维成像系统,工作波长为532 nm,在激光出射端使用贝塞尔光束代替高斯光束,利用贝塞尔光束的中心光斑能量集中且束宽不随传输距离而变化的无衍射特性,降低激光光束的发散角,提高激光三维成像的角分辨率。结合Si-APD单光子探测器,搭建了远距离激光三维成像系统,并完成了远距离验证实验。在远距离目标成像中,实现了角分辨率为18.1μrad的激光三维成像,为远距离高分辨率激光三维成像提供了一种有效的解决方案。

距离选通成像系统中短脉冲激光驱动技术研究

基于单光子探测的距离选通成像系统中,需发射短脉冲激光并进行发射器和接收器之间的同步控制,使探测器工作在光子计数模式并在时间上进行积分,以完成成像操作。为了获得满足系统要求的短脉冲激光,同时减小系统体积、降低系统成本,本文提出将基于射频双极晶体管和基于阶跃恢复二极管SRD(结合短路传输线)两种产生窄脉冲电路应用于单光子距离选通成像系统。介绍了二者的原理与设计方法,进行了仿真验证、实物制作及测试,对脉冲发生器的特点、影响脉宽幅值的因素进行了分析。实物测试结果表明,基于晶体管方式可以产生上升时间为903.5 ps、下降时间为946.1 ps、脉冲宽度为824 ps、幅度为2.46 V的窄脉冲。基于SRD方式可以产生上升时间为456.8 ps、下降时间为458.3 ps、脉冲宽度为1.5 ns、幅度为2.38 V的窄脉冲,二者重复频率皆可达到50 MHz。利用这两种设计方法的任何一种配合外部电流驱动激光二极管都能够获得性能优良的短脉冲激光输出。

太赫兹远距离快速扫描成像系统的设计

在太赫兹成像技术研究中,分辨率、成像时间和距离是非常关键的参数指标,为了推动太赫兹成像技术的实用化,特别是提高对隐藏危险物品的远距离快速预警检测能力,提出被动式远距离太赫兹快速扫描成像系统。该系统采用单个太赫兹探测器和光机扫描相结合的方式。扫描子系统中,将六面体转镜置于离轴三反镜系统的平行光路中,使扫描范围从广泛研究中采用的物空间转换到像空间有效缩小了扫描区域,缩短了成像时间。本套被动式扫描成像系统主要参数:探测器频率0.34THz,成像距离10m,视场±1.5°×±1.5°,成像分辨率3cm,成像时间1s。

条带式合成孔径激光雷达光轴影响距离成像研究

条带式合成孔径激光雷达(SAL)系统中光轴角包括俯仰角和水平偏离角两方面,其中光轴的水平偏离角会导致发射孔径运动轴与其孔径方位向坐标轴不平行,从而导致距离向图像失真。从理论出发推导出了两轴夹角与其失真关系的公式,并通过实验观察验证了由此引起的距离向图像失真。在实际的条带式SAL系统设计中,这种严重的图像失真是必须要解决的问题。通过点目标对系统进行校正的方法,消去了因两轴夹角而产生的距离向和方位向之间的耦合,是保证SAL系统能进行复杂面目标成像的必要条件。

斜式模式距离—多普勒—距离星载合成孔径雷达成像算法

距离—多普勒—距离(R-D-R)成像算法是根据雷达回波信号的傅里叶谱的相位特性进行相位补偿和聚焦的,且运算量不大。本文对该算法进行了修正,使该算法适用于斜视模式的机载和星载SAR成像。在数学推导的基础上,给出了算法流程和该算法的点目标成像仿真结果,并把该算法应用于星载SAR成像,给出了它的Radarsat-1原始数据的成像结果,验证了该修正算法可应用于机载和星载SAR成像处理。

SAR距离向匹配滤波成像算法研究

首先介绍了SAR时域压缩距离成像算法,同时研究了匹配滤波成像算法。经分析表明,由于与信号目标回波进行匹配的信号中不仅包含了相位信息,还包含有幅度信息,所以匹配滤波成像的效果非常理想,并且对噪声干扰也有很好的滤除作用。最后利用模拟试验的方法验证了这一结论。

激光雷达距离高分辨多普勒成像技术研究进展及关键技术

激光雷达距离高分辨多普勒成像技术具有时空域分辨率高,敏感于被识别目标的距离、姿态、运动速度等信息,可实现目标微运动检测,故该项技术已成为国外军用航天领域研究的热点。本文全面地总结了激光距离高分辨和距离多普勒成像技术研究进展,并详细分析了工程应用和理路成像仿真过程中所必须解决的关键问题,指出激光距离高分辨成像的优点和难点,为进一步开展目标激光雷达成像研究奠定预先技术支持。

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。