为了评价高重复频率系统在每个选通切片中的成像质量,为脉冲分配策略的研究提供依据,在Jaffe-McGlamery模型的基础上,建立描述高重复频率系统信号传输过程的理论模型,分析图像退化因素,提出一种高重复频率系统成像质量评价模型。采用重复频率为4 kHz的脉冲激光器,对黑白条纹靶板目标进行成像。实验结果表明,从目标开始成像到出现饱和前的线性区间内,该理论模型的结果与实验结果相吻合,误差不超过10%。

可靠准确的参考光检测是提高直接测距型激光主动成像系统测距精度的关键因素之一, 对基于PIN探测器的参考光检测电路设计进行了深入研究。首先, 对比分析了雪崩光电二极管(APD)和PIN光电二极管性能及其供电电路的难度。综合考虑参考光功率稳定特性及参考光光路设计难度, 选择PIN探测器进行激光雷达参考光检测。详细分析了高压集成芯片LT3482作为常规电源和利用电流监测模式驱动PIN探测器时的差别。选择高增益带宽积跨阻放大器OPA657N实现PIN探测器电流电压转换, 对其关键外围元件参数的选取进行了详细分析。同时介绍了超高速比较器MAX9601的应用注意事项。最后, 设计了电路板并进行实验验证。结果表明: 对脉冲为10 ns的激光光源, 当PIN探测器施加89.449 V的偏置电压时, 其输出电流信号经跨阻放大器后电压幅值达到-3.7 V, 可保证起始信号可靠检出, 但脉冲展宽为15 ns。整个模块可有效给出参考光对应的计时起始信号。基于集成高压芯片驱动的PIN探测器配合恒定阈值时刻鉴别方法在直接测距型激光主动成像系统参考光检测中是切实可行的。

主要介绍了法国研究人员开展距离选通激光成像仿真所使用的软件SE-Workbench和OSMoS及其仿真方法与流程，给出了复杂场景中目标被动成像与激光主动成像的仿真结果示例，讨论了激光主动成像仿真的一般流程和应注意的方面。可为国内开展激光成像仿真研究提供参考和依据。

水下激光主动成像系统的探测能力不仅与探测系统自身参数有关, 还与水质等环境因素有关。为评估水质对水下激光成像系统探测能力的影响, 根据圆盘透明度成像模型, 研究了吸收系数、散射系数、漫射衰减系数等水体水质参数与圆盘透明度的关系, 给出了圆盘透明度与水下激光主动成像系统最大探测深度的表达式。实验表明, ICCD距离选通水下激光主动成像系统最大探测深度值与理论计算值相对误差小于20%。基于成像理论的圆盘透明度模型反映了水下激光成像系统探测能力与水体水质参数的关系, 可用圆盘透明深度来评估水下激光成像系统的探测能力。

激光主动成像系统具有分辨率高、抗干扰能力强、能成三维像等特点.为了满足成像系统对扫描速度的要求,行扫描器采用了正弦扫描方式,但激光器等时发射经过扫描器后将形成扫描方向上光点的空间分布不均匀,从而造成系统所成图像的几何失真.分析了几何失真的形成机理,并根据此机理提出了两种校正算法.将这两种算法应用于仿真图像和实际的激光图像,取得了满意的效果.比较两种算法表明:采用算法2进行激光成像系统图像几何失真的校正更为合适.

激光主动成像系统具有分辨率高、抗干扰能力强、能成三维像等一系列优点,因而应用越来越广泛,但它的图像同时受到散斑噪声和其他一些高斯噪声的影响。散斑噪声为一种乘性噪声,高斯噪声则为一种加性噪声,这两种噪声哪种占据主要地位对于图像噪声抑制噪声模型的建立具有重要的意义,分析了受到散斑噪声和高斯噪声污染图像的概率曲线及灰度均值方差比等统计特性,找出在两种噪声分别作用下的不同统计特性,以此为判别标准,对激光主动成像系统图像进行分析,得出了此图像所受噪声的主要成分为散斑噪声的结论。同时,算出了此图像的散斑噪声方差。

CO2激光相干成像系统具有分辨率高、抗干扰能力强、能三维成像等特点,但其所成图像易受到散斑噪声的污染造成分辨率下降,因此研究适用于此成像系统图像散斑噪声抑制的算法具有重要的实用价值.文中对常用的噪声抑制算法:中值滤波、同态均值滤波和Lee滤波进行了介绍,并将其应用于CO2脉冲激光相干成像系统图像的散斑噪声抑制处理,比较了三种算法的处理结果.结果表明,采用小窗口、不迭代Lee滤波进行处理时,既明显抑制了散斑噪声,又有效保持了图像的边缘信息,所以用它进行激光成像系统图像散斑噪声抑制处理是合适的.

本文给出作者设计的0.86μm激光二维成像系统的原理框图、成像雷达距离方程和部分物体对0.86μm激光的反射对比度的测试数据,并展示了各类物体激光成像的照片.