激光选通成像原理
论文水下光电成像技术简介
水下光电成像技术简介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。
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。
我国宽广的海域具有丰富的资源，但由于与周边国家存在一些海域的归属争议，特别是近年来对能源的需求和国际势力的插手，更加剧了我国周边海域出现战事争端和资源争夺的可能。
针对深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业、考古和救援的迫切需求，研究适合载人潜水器、遥控潜水器、自治式潜水器、水下滑翔器、水下救援等高分辨力水下目标探测、观察、定位和分析技术成为国内外研究的重要方向。
目前水下成像探测技术主要有声探测和光电探测两种途径。
声探测技术探测距离较远，但成像的空间分辨力较差，难以完全适应高分辨力成像的需要；光电成像探测技术分辨力高，但由于光线在水中快速衰减，在一定深度以下往往需要辅助照明，且由于照明光后向散射的影响，使得人眼直接观察以及传统连续照明电视成像的有效作用距离较短，因此，提高水下光电成像系统的作用距离和细节分辨能力需要采用特殊的光电成像方法。
本文将重点分析国内外水下光电成像技术与系统研究进展，特别是激光扫描成像、偏振成像等几种特殊的水下光电成像技术，希望对国内有关方面的研究具有参考作用。
1 几种水下光电成像技术与系统国外从20世纪70年代开始主被动水下光电成像探测技术的研究，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。
基于激光距离选通成像的非视域成像理论与方法研究共3篇
基于激光距离选通成像的非视域成像理论与方法研究共3篇基于激光距离选通成像的非视域成像理论与方法研究1基于激光距离选通成像的非视域成像理论与方法研究随着科学技术的不断发展，人们对于可见光成像的要求越来越高，同时也对非视域成像技术的研究和应用提出了更高的要求。
基于激光距离选通成像的非视域成像理论与方法就是其中的一项重要的研究方向。
本文将着重探讨这一主题，从理论和方法角度入手，对其进行全面深入的探究。
激光距离选通成像的非视域成像技术是一种将目标障碍物周围的光线进行探测并计算距离，从而在非视域上实现对物体的成像的技术。
激光距离选通技术是其实现的基础，它借助于时间分辨率较高的激光传感器来探测物体周围反射回来的光线，并计算出物体和传感器之间的距离。
非视域成像技术则借助于计算机对所获取的光线信息加工处理，提取出目标物体的空间位置信息，并生成物体的三维模型。
本文将从两个方面进行讨论：基于激光距离选通成像的非视域成像理论和基于激光距离选通成像的非视域成像方法。
一、基于激光距离选通成像的非视域成像理论1、成像模型。
非视域成像模型是激光距离选通成像技术的重要理论基础，它描述了传感器在非视域环境下如何产生光线反射信号，以及如何通过信号在计算机中进行重构和成像。
建立成像模型的主要目的是为了预测物体的和传感器之间的关系（包括距离、角度等），以实现对目标的精确成像。
2、成像算法。
成像算法是非视域成像的关键技术之一。
常用的成像算法包括光线追踪算法、时间反演算法、结构光法、光场重建算法等。
不同的算法有着不同的优缺点，适用于不同的成像场景。
二、基于激光距离选通成像的非视域成像方法1、补偿算法。
由于激光选通成像技术对环境光线的干扰比较敏感，会导致数据上的伪影，从而影响成像质量。
因此，在非视域成像技术应用中，往往需要采用一些补偿算法来降低这种干扰。
目前，在这一领域内，已经发展出了一系列的补偿算法，包括多帧的同步标准反射光算法、时域特征提取算法、多参考面算法等。
远距离激光照明选通成像技术的研究进展_宋岩峰
1引言 远距离激光照明选通成像技术作为距离选通激
光成像技术的主要应用之一，是在激光主动成像技 术的基础上发展起来的。远距离激光照明选通成像 技术融合了先进的脉冲激光光源技术、高速选通相 机技术以及高精度的延时同步控制技术等，使得远 距离激光照明选通成像系统具有作用距离远、系统 分辨率高、有一定的穿透能力、可以在低照度背景复 杂条件下获取目标的图像信息等特点，使其在复杂 环境条件下对远距离目标的全天候侦察、精密跟踪 和目标识别等领域具有广阔的应用前景。
图 8 LIVAR 4000
图 10 飞行目标的热跟踪图像（ 左） 和距离选通图像（ 右）
德国光电与模式识别研究所将多光谱成像技术 引入远距离激光照明选通成像系统，通过构建的验 证系统对其成像效果进行了验证，系统组成如图 11 所示。在验证系统中，采用了两种不同模式的激光 器作为照射光源。其中一个输出 1． 54 μm 固定波 长的激光，其最大输出脉冲能量 22． 5 mJ，脉冲宽度 3 ns，重复频率 15 Hz； 另外一个输出波长在 1． 45 ～ 1． 65 μm 范围内可调的激光，步长 20 nm。在验证 系统中，采用了 INTEVAC 公司的 LIVAR400 型相机 作为接收设备。
图 1 远距离选通激光成像系统原理图
从系统的分辨率上分析，远距离激光照明选通 成像系统通常工作在可见光、近红外及短波红外波 段，相对中波和长波红外等被动热成像系统，在相同 口径条件下，距离选通激光成像系统的分辨率更高， 可以获取更多的目标信息； 从成像效果来看，由于距 离选通技术的采用，通过对特定距离上的目标进行 选通成像，可以消除位于选通距离之外的背景干扰， 将目标从复杂背景中提取出来，提高对特定目标的 成像效果［12］。 3 研究进展
Research on long-range laser illuminating gated imaging technique
激光距离选通成像可视空间深度实验分析
Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ － ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎｇ
摘 要 ：距 离选通 激 光主 动成像 可在 能 见度 受 限条件 下有 效 克服 大气后 向散 射 和 背景干 扰 ，得 到被
观 测 目标 的 高对 比度 图像 。可视 空 间深度 能够体 现 实际成像 的景 物 范 围 ，对评 价 图像 质 量 和其 所在
的 空 间位 置具 有 重要 意 义 。 阐述 了距 离选通 成像 技 术 高速 门控 成像 的原 理及 关键 器件 的 选 型要 求 ，
第４ ２卷 第 Ｓ ２期
ＶＯ １ ． ４ ２ Ｎｏ ． Ｓ ２
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 ｌ ２月
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
激 光 距 离 选 通 成 像 可 视 空 间深 度 实验 分 析
初 士 博 ． － ， 盖志ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ １ ， ２赵 杰 ． － ， 周 扬 ， － ， 杨俊贤 １ ， ２ （ １ ．山 东省 海 洋环境 监测技 术 重 点 实验 室 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ０ １ ；
２ ． 山东省科学院海洋仪器仪表研究所， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ０ ０ １ ）
激光距离选通成像技术及其组合应用模式综述
激光主动照明成像技术_分析和实验证明_王智
后向散射和目标反射的总功率 , 反映了后向散射的
影响 。如果需要研究后向散射对目标识别的影响 , 还
必须考虑望远镜焦平面的成像设备 , 本实验的接收
装置为 CCD 摄像机 , 还必须知道散射体和目标在探
测器对应像元上的辐射功率 , 从而可以对后向散射
引起的 辐射背景 对目标照 明的影 响加 以分析 。设
φ)
loi I
oi
+τ
i
e-2
βl
ex
l6
S i(l )dl
(10)
我们通过对 ηi 的分析 , 可以看出大气的后向散射对 目标照明的影响程度 。当 ηi >1 时 , 后向散射干扰已 经淹没了目标 , 即噪声大于有用的信号 , 通常取 η0i =1 为临界影响系数 。
1.2 成像系统组成
激光主动照明成像系统由以下几个部分组成 : 激光发射装置 ;激光接收望远镜 ;数据采集 、处理和 输出显示系统 。图 2 所示是激光主动照明成像系统 的示意图 。目前在国防科技中应用较广泛的激光波 段有两个 :钇铝石榴石(Y AG)激光的 1.06 μm 和二氧 化碳(CO2)激光的 10.6 μm , 前者主要用于激光测距
传输的目的 。随着激光成像技术的研究 , 成像距离 越来越远 , 使用领域越来越宽 。 不仅在军事上用于 侦察 , 还用于海岸巡逻 , 海上搜索和救援 , 安全部 门用于对可疑分子监视 。
1 激光主动照明成像系统分析
对于短距离范围的主动成像系统设计是相当简 单的 , 激光器工作于光斑模式 , 光照明于整个探测 器焦平面阵列的可视实时域 。接收器产生可连接电 视系统的图像序列 。这种系统有以下好处 :(1)简 单 ;(2)在场景中 , 能允许实时地观察运动物体和 运输工具 。 对于更长的距离 , 由于受大气的干扰 , 连续的散粒噪声影响 , 雾气的后向反 射等限制因 素 , 工作在这种模式下是不可能的 。 往往需要多次 曝光和处理来产生整个景像的单帧图像 。 在这种情 况下 , 获取整个景像的完整图像所需要的时间和图 像保真度之间应该有一个平衡 。
(5.4.1)--5.4.1选通成像
5.4微光电视系统应用5.4.1 选通成像选通成像大气后向散射 l m l l 0 接收器 照明器 景物 d l 大气后向散射在主动红外成像系统中，照明系统安装在接收器附近，在照射远距离目标时，探照明光轴非常接近系统光轴。
照射光束在大气传输过程中被大气散射，其中一部分后向散射辐射将进入观察视场，在成像面上造成一个附加背景，从而降低成像的对比度和清晰度。
在能见度差的情况下，这一影响是主动红外成像系统性能的一个基本限制因素。
选通技术是利用短脉冲光照明器和选通型ICCD，从时间上分开不同距离上的散射光和目标的反射光，使由被观察目标反射回来的辐射脉冲刚好在变像管选通工作时到达像管并成像。
由于辐射脉冲在投向目标过程中产生的后向散射辐射到达接收器时，像管处于非工作状态，因而可减小后向散射对成像系统的影响。
选通ICCD的像管通常为静电像管，照明器采用脉冲激光光源，为保证足够的能量有时也采用激光二极管列阵。
通常脉冲脉宽时间为5~200 ns，按光速对应的纵深距离（景深）约为1.5~60m，可有效减小后向散射。
但脉宽的减小，对选通像管的响应时间和选通控制提出更高的要求。
T:发射激光脉冲（∆t），摄像机快门关闭T1:激光脉冲到达目标，摄像机快门关闭T 2:目标反射激光，摄像机快门关闭T 3=T+2τ：反射光到达进入镜头，摄像机快门打开（∆t）水下成像效果应用于军事侦察、搜救、监视、水下探测等选通成像技术的应用北京理工大学水下成像系统无选通加选通MAMA 探测系统类型管型SOHO STIS FUSE像元数360×10241024×1024728×2024(×4)像元尺寸(μm 2)25×2525×2522×16阳极有效面积(mm 2)9.0×25.625.6×25.616×32.4(×4)MCP 有效面积(mm 2)10×2727×2717×33(×4)MCP 通道尺寸(μm 2)12128放大器数105133577(4×144+1)光阴极材料MgF2&KBr CsI&Cs 2Te KBr用于太阳和大气日光层观测(SOHO)、空间望远镜摄谱仪(STIS)和远紫外光谱探测仪(FUSE)的MAMA探测系统有不同形式的结构。
水下激光距离选通三维成像方法
水下激光距离选通三维成像方法黄子恒;李微;杨克成;夏珉【摘要】基于水下距离选通激光成像技术，利用选通成像中回波强度相变化特性中包含的距离信息，提出了一种针对水下目标的三维成像方法。
结合实验室现有的水下距离选通激光成像系统，对15 m处的水下目标进行了三维成像。
这一方法有效抑制了水下成像系统中存在的目标表面材质、水体衰减以及目标各点法线方向与入射激光脉冲方向夹角不同等因素对于三维成像造成的不良影响，同时仅需要从单一方向对目标进行成像，减少了所需图像采集的次数，简化了三维重构的过程。
%According to the distance information in phase change characteristics of laser echo intensity in range-gated imaging system,a three dimensional imaging method for underwater target was presented. Combined with underwater range-gated laser imaging system in the laboratory,3-D images of the underwater target with a 15m distance was a-chieved. This method can effectively restrain some adverse impacts that caused by target surface materials,water atten-uation,the angle between the direction of incident laser pulse and the normal direction of target surface. This method doesn′t need to change the direction of observation,reduces the collection times of required image,and simplifies the 3-D imaging process.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2016(046)011【总页数】5页(P1315-1319)【关键词】水下目标;距离选通;三维成像【作者】黄子恒;李微;杨克成;夏珉【作者单位】华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉430074;华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉430074;华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉430074;华中科技大学光学与电子信息学院，湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TN2491999年,美国海军研究局最先展开了水下目标的三维成像的研究[1]。
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激光选通成像原理
激光选通成像是一种基于激光技术的成像原理，它利用激光束的特性以及物体对激光的反射或散射来获取图像信息。
下面是激光选通成像的详细原理说明：
1. 激光发射：首先，使用激光器产生一束具有高能量和单色性质的激光束。
常用的激光器包括气体激光器、固体激光器和半导体激光器等。
2. 激光照射：将激光束照射到待成像的目标物体上。
激光束可以被物体表面反射或穿透物体后再次散射。
3. 选通装置：在激光束照射过程中，通过使用一个选通装置，例如光栅或薄膜，来选择特定波长或空间频率的激光光束。
这样可以排除其他波长或频率的干扰信号，提高成像的清晰度和准确性。
4. 接收器：在目标物体上的激光照射产生的反射或散射光经过选通装置后，进入接收器。
接收器可以是一个光敏元件，如光电二极管或光电倍增管，用于将光信号转换为电信号。
5. 信号处理：通过对接收到的电信号进行放大、滤波和调制等处理，可以提取出目标物体的图像信息。
这些处理方法可以根据具体的应用需求进行优化。
6. 图像重建：最后，经过信号处理后得到的电信号被传输到图像重建系统中，根据信号的强度和空间分布来重建出目标物体的图像。
图像重建可以采用不同的算法和技术，例如逆向投影、傅里叶变换等。
总之，激光选通成像利用激光的单色性和方向性，结合选通装置和信号处理技术，可以获取高分辨率、高对比度和三维信息的目标物体图像。
它在医学成像、工业检测、遥感等领域有着广泛的应用前景。
1。