采用旋转光栅法实现了声光调Q CO2激光器可调谐脉冲激光输出。理论分析了CO2激光波长调谐特性, 发现调节各支谱线腔内损耗是实现激光波长调谐的有效方法。进而理论计算了特定设计波长闪耀光栅的衍射效率与激光波长间的关系, 结果显示光栅调谐的激光谱线自准直角与光栅闪耀角一致时具有最高的衍射效率。采用闪耀角分别为31.97°(闪耀波长10.59 μm)和28.71°（闪耀波长9.60 μm）的光栅实验研究了声光调Q CO2激光器波长调谐特性, 分别获得了65条和75条激光谱线。实验结果显示: 光栅设计闪耀波长处于弱激光增益分支时可获得更多条激光谱线, 该实验与理论计算结果相符。在脉冲重复频率为1 kHz时, 获得10.59 μm激光脉冲宽度为160 ns, 平均功率4.2 W, 脉冲峰值功率26.25 kW, 且稳定性良好。

受光学系统离焦、大气扰动、平台振动的影响, 激光主动照明系统捕获的图像容易被模糊, 而传统的去模糊方法难以取得良好的复原效果, 故本文提出基于光纹特征的盲解卷积复原方法来实现图像去模糊。首先将模糊图像降采样, 建立尺度金字塔, 在尺度空间查找光纹特征图像块。随后基于激光主动照明图像饱和像素较多的特点, 提出新的图像退化模型。最后针对模糊核估计、光纹参数更新、清晰图像复原3个步骤, 提出适用的能量函数, 迭代复原出无噪清晰图像。搭建了主动照明系统, 在捕获的激光主动照明图像上进行了实验, 并与现有方法进行了对比。结果表明: 本文方法不仅能够复原出清晰图像, 而且能有效抑制振铃效应, 其客观评价指标峰值信噪比(PSNR)优于已有的其他算法。

传统的激光主动成像散斑抑制方法中, 局部单像素滤波和变换域滤波难以取得良好的抑制效果, 同时容易导致边缘展宽, 对图像信息造成破坏。鉴于非局部滤波对加性噪声的优异去噪性能, 本文研究了三种具有代表性的非局部滤波方法, 并使用半导体泵浦固体脉冲激光器搭建主动成像系统, 进行散斑噪声抑制性能的比较。实验表明, 采用同态FM-PatchGP不仅能够有效抑制散斑噪声, 而且能很好地保持边缘信息, 同时满足实时性处理的要求, 在激光主动照明系统中具有良好的应用前景。

在分析激光干扰图像整体特征、目标局部特征和干扰光斑分布特性的基础上, 提出了一种加权特征相似度(WFSIM)评估算法来评估激光干扰效果。该方法首先利用亮度、对比度和边缘清晰度等图像整体特性与局部特征点保持度这一目标识别特征来得到图像特征评估模型。然后, 根据光斑的大小、强度和位置等特性计算饱和像素率、信噪比和光斑视觉区域重要性等加权因子, 利用这些因子对评估模型进行加权, 最后得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行了照明成像识别实验, 同时使用不同干扰功率的激光对识别系统进行干扰, 并采集不同背景强度和光斑位置的干扰图像。基于本文提出的WFSIM算法对获得的激光干扰图像进行了评估。结果表明, 与传统的均方误差(MSE)、峰值信噪比(PSNR)及结构相似度(SSIM)等评估方法相比, 提出的WFSIM算法对不同背景强度、光斑位置和杂波干扰下的图像都给出了合理的评估结果, 其评价结果更符合人类的主观视觉感受。

在传统激光主动成像系统的基础上, 结合目标识别技术搭建了一个激光主动成像识别系统实验平台, 用于研究激光主动成像后的目标识别。介绍了实验平台的工作原理, 基于Hu矩特征的双隐含层BP神经网络算法以及实验处理流程和实验结果。特征量由7个不变Hu矩构成, 通过240张原始目标样本库对由136个权值系数构成的双隐含层BP神经网络算法进行了训练。利用训练好的双隐含层BP算法对黑夜条件下远处的运动目标--43式冲锋模具枪进行了实验研究, 成功获得了清晰的红外激光主动成像效果。实验显示对450 m处2 740帧和550 m处2 420帧激光主动成像图像的统计识别率达到了68.87%和72.11%, 其中旋转变换下的统计识别率可达80.05%和84%, 好于仿射变换的识别效果。