激光主动照明成像技术

来源：发布时间：2021-04-19

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激光主动照明成像技术王智1杨简2金光1（1.中科院长春光学精密机械与物理研宄所，长春130031；2长春理工大学计算机科学与技术学院，长春130022）弱目标的成像处理技术结合在-起而发展的新技术。以近红外激光作为照明光源，对低照度情况下，远距离目标进行探测成像。文中详细阐述了激光主动成像技术的原理、激光发射装置和接收机技术，同时详细阐述了同步控制技术、同步扫描技术和图像处理技术等影响成像距离和质量的关键技术，最后分析了国内外的发展现状及前景。

　　索营救任务等。

　　1激光主动成像原理由于在微光和夜视、远程小暗目标探测和深空目标探测成像等应用领域，亮度低，受大气的传输性影响严重，尤其是大气的后向散射，使最灵敏的微光电视系统也不能提供足够的分辨率，艮难探测和识别目标，而红外成像系统也受到温度对比低的限制。为了克服以上缺点，人们采用近红外脉冲激光器和选通强型CCD相机设计出了一种距离选通激光主动成像系统，可以全天候探测和识别目标并且提供距离信息。成像传感器的距离选通激光主动成像技术可以大大降低大气的后向散射对成像系统的影响，大大提高成像系统的探测距离。

　　距离选通激光主动成像系统的工作原理与激光雷达基本相同。通过调节发射激光束的发散角，将目标全部或目标的关键特征部位照亮，实现对目标的成像和精确跟踪。辐射脉冲和回波信号在大气路径中传输，大气背景辐射、透过率、散射和吸收以及湍流等因素都将对主动照明成像产生影响。采用距离选通技术可克服以上因素（特别是后向散射）对成像距离和成像质量的影响，其原理如所距离选通技术是利用脉冲激光器和选通CCD相机，以时间的先后分开不同距离上的散射光和目光电成像系统根据有无照明光源，分为主动成像和被动成像系统两种方式。被动成像本身无照明光源，依赖目标或环境反射太阳等自然光或自身辐射，使用成像设备拾取微弱信号并最终成像。主动成像系统利用人工施照的方式，采用一个人造光学辐射源（一般为激光器）和接收机，其接收机用于收集和探测目标景物直接或反射后的部分光辐射并最后成像。大多数情况下，只要能够满足要求，最好使用被动成像系统。然而在另外一些领域如：微光和夜视；远程小暗目标探测；深空目标成像。如果仍沿用全被动方式，将会遇到极大的困难，有些问题甚至无法解决。在这样情况下，重新考虑人工照明的主动工作方式，再辅之以现代光电技术和信息处理算法支撑下的距离门选通技术等最新成果，为这些难题的解决提供了良好的前景。

　　激光主动成像是主动成像系统，它是将激光技术、成像传感器的距离选通技术、微弱目标的成像处理技术结合在一起而发展的新技术，在军事上虽然有自我暴露的缺点，但与被动成像系统相比也有其无法被取代的优势。例如，在航空侦察方面，可以利用被动成像系统去发现目标，然后利用主动成像系统捕捉更加详细的信息。由于相机的曝光时间以及相机的曝光延迟可以控制在几个纳秒，因此主动成像系统可以完成远距离捕捉，另外，利用主动成像系统可以在雨、雪、雾天气以及海面上完成搜基金项目：863计划（2002AA73在激光主动成像系统中，同步扫描技术是把激1994-2012ChinaAcademicJournal标的反射光，使由被观察目标反射回来的辐射脉冲刚好在CCD相机选通工作的时间内到达相机并成像。激光器发射很强的短脉冲，脉冲激光传输到目标上，对目标进行照射，由目标反射的激光返回到相机。当激光脉冲处于往返途中时，CCD相机选通门（或光闸）关闭，这样就挡住了来自气体中的悬浮微粒的后向散射光。当反射光到达摄像机时，选通门开启，让来自目标的反射光进入摄像机。选通门开启持续时间与激光脉冲一致。这样形成的目标图像主要与距离选通时间内的反射光有关。距离分辨率由激光脉冲宽度和探测器选通门宽度决定，宽度为1ns的激光脉冲和宽度为1ns的成像仪结合，能提供30-60cm的距离分辨率。如果选通脉冲宽度和激光脉冲宽度都很窄，使得只能探测到目标附近的反射光，那么就能大大提高回波信号的信噪比。

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