激光选通成像原理

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。

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]。