不同鉴别阈值条件下SiPM光子计数激光雷达探测模型及性能分析

硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)具有极高的探测灵敏度和响应速度,且在多光子条件下具有较高的动态范围以及线性响应的特性,在光子计数激光雷达应用中有独特的优势。然而,由于SiPM多像元、单时间通道的工作模式,其输出电压信号相较于其他单光子探测器更大概率出现脉冲堆叠现象,不同鉴别阈值条件下的SiPM探测过程更为复杂。针对该问题,本文建立了SiPM光子事件响应模型,以此为基础分析了由脉冲堆叠引发的屏蔽效应和触发效应两种特殊情况的时域分布,最终建立了SiPM半解析的探测概率与虚警概率模型。同时,搭建了基于SiPM探测器的光子计数雷达系统,通过观察实测输出电压波形以及光子点云分布与理论模型相符(R^(2)>0.95)。通过查全率与查准率对不同鉴别阈值的SiPM光子点云分布进行定量评价,并给出最优鉴别阈值区间,这对基于SiPM的光子计数激光雷达系统硬件参数的优化设计以及探测性能的定量分析具有重要的指导意义。

通过外场试验确定三角形方向鉴别阈值准则

利用外场试验数据确定了三角形方向鉴别阈值准则.基于坦克目标和三角形靶标的外场测量图像,利用必选决策分别统计了不同距离处的坦克目标和三角形靶标的鉴别概率;采用Weibull函数最小二乘方差拟合鉴别概率数据,确定了75%正确判断概率对应的三角形方向鉴别阈值准则.与约翰逊准则及国外提供的三角形方向鉴别阈值准则比较可知,基于所做试验数据估计的三角形方向鉴别阈值准则是合理的.

三角形方向鉴别阈值性能理论模型研究

阐述了红外成像传感器性能表征的TODT度量方法;依据频谱理论,首先确定了三角形标准靶的空间频谱描述函数;利用匹配滤波器的概念分别推导了人眼/大脑系统通过红外成像传感器可感知的非周期三角形标准靶信号和噪声;以图像视觉感知信噪比为理论基础,首次建立了红外成像传感器的TODT性能模型,并给出了计算机仿真结果.与实验测量数据比较显示了此模型预测红外成像传感器TODT度量曲线的合理性.

基于三角形方向鉴别阈值(TOD)的红外焦平面系统的性能评价模型研究

近年来,红外焦平面系统的性能评价已受到相关领域的广泛重视,在诸多评价模型中,NETD、MRTD、MDTD、TOD等模型已具有较强理论基础与良好的示范应用。本文在介绍了红外成像技术与相关主流测试模型的基础上,介绍并分析了三角形方向鉴别阈值(TOD)模型并搭建了TOD性能测试平台,从主观TOD测试和客观TOD测试两个方向进行了摸底测试和测试结果分析。

凝视热成像系统的三角方向鉴别阈值曲线预测

为有效评价凝视成像系统的性能,依据凝视红外成像系统对红外辐射信号的转换机理,建立了凝视红外成像系统信号响应模型;利用线性系统理论和采样理论对成像系统的传递函数进行了分析建模;借助于三维噪声模型表征了系统的噪声特性。以成像系统建模为基础,模拟生成不同尺寸、不同辐射温差的等边三角形方位靶标图像;针对不同刺激强度的三角形靶标仿真图像,统计观察者对靶标方向正确鉴别的概率,引入视觉心理测量函数———韦布尔(Weibull)函数拟合观察者鉴别概率数据,实现了三角方向鉴别阈值(TOD)曲线的预测。与实际测量结果进行比较,显示了此方法预测三角方向鉴别阈值曲线的合理性。

基于三角靶标的目标传递概率函数确定方法

目标传递概率函数是连接成像系统实验室度量性能与现场性能的桥梁。依据三角形方向鉴别阈值(TOD)性能度量思想,针对典型试验环境,.统计了不同距离处目标红外图像的识别概率;以三角形靶标的视觉锐度为基准,设计了无缝三角形网格划分算法,对典型识别概率的实测红外目标图像进行了等效三角形划分,确定了目标对应的等效三角形数目;然后,利用Weibull视觉心理测量函数拟合目标等效三角形样条数目与对应的识别概率数据,首次建立了基于三角形靶标的目标传递概率函数,为利用TOD曲线进行现场性能预测奠定了基础。

脉冲激光探测平面目标特性对测距分布的影响

针对脉冲激光近程探测系统平面目标特性影响测距分布的问题,推导了平面目标脉冲响应方程和脉冲激光回波方程,分析了不同平面目标倾斜角、激光发射发散角和激光发射脉宽对激光回波展宽的影响.基于脉冲激光回波方程和恒阈值时刻鉴别方法,推导了平面目标的测距概率密度函数解析式,并理论仿真分析了不同平面目标倾斜角、激光发射功率、激光发射发散角及阈噪比对测距统计特性分布的影响.运用蒙特卡罗算法进行全波形模拟测距实验;搭建脉冲激光测距实验环境,进行20 m测距实验.实验结果表明:理论仿真、蒙特卡罗模拟实验与实际实验的测距概率密度分布基本一致,随着平面目标倾斜角的增大,测距均值和测距方差增大;当倾斜角度为0°,20°,40°,60°时,回波信噪比高于阈噪比,测距分布呈现高斯分布;当倾斜角度为70°时,回波信噪比低于阈噪比,分布不再呈现高斯分布,呈现上升沿缓下降沿陡的分布特性.研究结果为研究目标平面特性对脉冲激光探测测距分布的影响提供了理论依据.

基于视觉特性的灰度级自适应盲水印算法

提出了一种基于小波变换和视觉感知特性的灰度级自适应盲水印算法。该算法利用视觉系统的背景亮度、纹理和边界掩盖特性把载体图像的小波系数分为18类;在对256级灰度水印图像压缩后,依据载体图像小波系数的分类,以不同强度嵌入到载体中。该算法在抽取水印时不需要原始载体图像和原始水印。实验结果表明此算法可有效地隐藏灰度水印图像,并有较好的顽健性,能抵抗裁剪、JPEG压缩、加噪、图像增强、滤波等多种处理。

HSI鲁棒彩色图像数字水印算法

提出了一种彩色图像数字水印算法,先将图像从RGB色彩空间变换到HSI色彩空间,在HSI模型中取I(强度)分量,结合JND自适应地嵌入水印,然后再反变换回RGB色彩空间,而且水印提取不需要原始图像和原始水印。实验结果表明该算法可以有效抵抗有损压缩、滤波、添加噪声等常见图像处理操作,尤其是对色深变换具有较好的鲁棒性,是一个有实用价值的算法。

基于AOTF的可见光多光谱成像系统2D鉴别率阈值测试平台设计及测试方法研究

与传统宽波段成像系统相比,多光谱成像系统在性能表征、测试方法等方面有较大不同,而相关研究较为欠缺。因此,需要重点研究多光谱成像系统的综合性能评估方法。解决了目标光谱反射率等效控制、宽波段光谱维度的带内细分和标准靶标辐亮度调节等关键技术,设计了基于AOTF的多光谱成像系统二维鉴别率阈值测试平台及测试方法。在理论分析基础上,实际搭建了基于AOTF的可见光多光谱成像系统,叙述了系统标定方法和测试步骤,并基于所述方法在实验室条件下完成了系统空间分辨率、目标光谱反射率与对比度阈值的三维曲面测试实验。测试结果标明,所提出的方法可较好地反映不同谱段响应特性的差异,实现对多光谱成像系统的性能表征。基于该方法,可综合评估系统光谱分辨率、空间分辨率、灵敏度、对比度等性能指标,从而为多光谱成像系统性能的定量表征提供技术支持。

基于双阈值前沿时刻鉴别法的高频脉冲激光测距系统

百千赫兹量级测量重复频率和亚厘米量级测量精度的脉冲激光测距系统是激光测距领域的研究热点之一。分析研究了基于皮秒脉冲激光器的激光测距系统的实现原理和方法,针对激光脉宽极窄的特点,使用双阈值前沿时刻鉴别法和电压比较器输出数字信号的脉宽控制方法,并配合TDC-GPX高精度时间数字转换芯片,达到了设计要求。实验结果表明:测距系统工作稳定可靠,测量重复频率达到500kHz,单次测距精度范围为[4mm,10mm]。