自动选通激光成像技术研究

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距离选通激光成像由于具有抑制后向散射、作用距离远的特点,目前被广泛应用于远程监控、目标跟踪、避障导航、海事救援等民用和军用领域。但是在实际应用中,需要调节激光脉冲、选通脉冲、成像视场FOV等众多参数才能实现良好的成像效果。现有人工参数设置方法无法满足反恐维安、军事侦察、水下无人航行器、无人机等系统便捷使用和自主成像的需求。因此,本论文开展了自动选通激光成像的研究。  本文提出的自动选通激光成像通过数控变焦自动控制和时域参数自动设置,利用时空匹配算法,结合像增强器微通道板MCP自适应控制、图像自适应增强功能,自主完成对目标清晰选通成像。围绕FOV如何确定,现有聚焦技术无法满足距离选通成像聚焦需求,镜头空域区间与选通时域区间如何匹配,MCP自适应控制及图像的自适应增强开展了以下研究工作。  首先,搭建自动选通激光成像系统,包括系统控制软件、中心控制器、脉冲激光照明器、选通ICCD模块、激光测距模块和通信模块。中心控制器控制测距模块获取目标距离信息,进而控制脉冲激光照明器的重频、脉宽、激光功率和激光照明视场以及选通ICCD模块的重频、门宽和延时、MCP控制、成像镜头视场。激光照明视场通过控制照明镜头调节光斑大小。成像镜头视场通过控制成像镜头调节镜头变焦和聚焦。  针对成像视场FOV如何确定问题,本论文基于约翰逊准则以等效条纹线对数代替传统模拟视频监控DRI标准中的目标-屏幕比,建立了CCTV Johnson-DRI方法。通过绝对量化的线对数评价方法,根据目标发现、识别、辨认等级,实现视场FOV控制。  针对距离选通激光成像图像模糊导致自动聚焦难的问题,提出了多分辨率爬山自动聚焦法。该方法利用图像的多分辨率原理,通过空间采样处理使聚焦处理时间降低为传统方法的一半,进而利用帧间相关性对当前帧和相邻前两帧进行加权计算获得当前帧的边缘检测清晰度值,解决爬山法由于局部峰值干扰错误判断可能收敛到局部最大值而导致聚焦失败的问题,最后利用爬山法实现自动聚焦。  针对选通成像区间与镜头成像区间的时空匹配问题,开展了选通成像时域参数分析和成像镜头空域参数分析,对时域参数形成的三角形距离能量包络/梯形能量包络选通成像区间与空域参数形成的近焦点、远焦点镜头成像区间进行匹配的理论分析和实验验证。实验结果表明三角形距离能量包络,目标物体位于镜头成像区间中心,选通成像区间中心能实现最优匹配,获得高对比图像,最大程度减小系统后向散射,提高镜头成像区间的利用率,达到成像的高信噪比。  最后,对自动选通激光成像进行不同目标、不同距离、不同环境照度、不同天气条件下的试验验证,实验结果表明该方法能够满足目标的DRI检测要求,实现数控变焦自动控制和时域参数自动设置,完成时域区间与空域区间的自动最佳匹配,实现一键式自动选通成像。
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