海南大学 机电工程学院, 海南 海口 570228
激光作为人造光源, 因其具有单色性良好、方向性强、相干性强、亮度高及能量密度高等优点, 在激光显示、激光照明等领域得到了广泛的应用。自半导体激光器问世以来, 其发展之快、成果之多、应用之广使其几乎占据激光市场的“半边天”, 它不仅能作为信息载体, 也能作为能量载体。伴随半导体激光器发展的深入和市场需求的变化, 利用半导体激光合成白光光源成为研究热点。半导体激光白光光源的出现不仅拓展了激光应用的新领域, 也为很多新技术的诞生奠定了基础。本文主要介绍了半导体激光白光光源的产生过程和其中的技术难点, 总结了近些年国内外对于合成半导体激光白光光源的研究进展, 分析了其应用及发展短板, 最后对未来半导体激光白光光源是否能在水下复杂环境中稳定输出进行了展望。
半导体激光 白光光源 光学系统 水下激光成像 semiconductor laser white light source optical system underwater laser imaging
1 海军驻中南地区光电系统军事代表室, 湖北 武汉 430223
2 华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
高精度水下三维成像可以获取更多的目标信息,有利于提高水下目标的识别率,一直是水下光电成像的重要研究方向之一。距离选通成像技术可以获取目标的距离信息,但由于选通深度的限制,难以直接从多幅选通图像重构出高精度的三维图像。在基本距离选通成像技术基础上,以较小的选通延迟时间间隔获取多幅距离选通切片图像,对这些图像的像素灰度值进行统计分析和曲线拟合,可以获取每个像素的距离值,从而重构出高精度的目标三维图像。理论分析表明,该方法的距离解算精度可能达到厘米级。
水下激光成像 距离选通 选通延迟时间 切片图像 三维图像重构 underwater laser imaging range-gated gating delay time slice image 3D image construction
1 中国兵器科学研究院, 北京 100089
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
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。
圆盘透明度 水下激光成像系统 探测能力 性能评估 Secchi depth underwater laser imaging system detection capability performanceevaluation
针对水下激光传输存在光束漂移现象, 分析了光束漂移图像对光学相关识别的影响和帧间光束漂移图像噪声的不相关性。研究了抗畸变匹配滤波器设计, 提出了基于相位匹配的畸变图像共同特征提取, 并作为综合鉴别函数子特征的训练样本, 设计了抗畸变综合鉴别匹配滤波器, 并进行了仿真验证。Matlab仿真结果证明:抗畸变综合鉴别匹配滤波器设计, 结合待识别图像随机散射噪声预滤波, 可有效提高光学相关识别输出相关峰的峰值-相关能量比值和相关峰鉴别率值。
水下激光成像 抗畸变 相位匹配滤波器 光束漂移 光学相关识别 underwater laser imaging anti-distortion phase matched filter beam drift optical correlation recognition 强激光与粒子束
2012, 24(11): 2560
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
为研究前向散射对水下成像的影响, 利用辐射传输理论建立了激光水下成像前向散射理论模型, 提出了水下成像前向散射影响系数, 用以表征前向散射对水下成像质量的影响程度, 并给出了前向散射功率及前向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析, 得出了水下成像前向散射光功率和影响系数随探测水深及水衰减系数的变化规律, 说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。
激光水下成像 前向散射 非对称因子 Henyey-Greenstein体积散射函数 underwater laser imaging forward-scattering asymmetry factor Henyey-Greenstein scattering function
海军驻中南地区光电代表室, 湖北 武汉 430073
相对于传统水下光电成像,水下激光扫描成像系统可以获得更远的作用距离和更好的图像质量。基于激光同步扫描技术,提出了水下运动目标的测距方法,并对测距误差进行了定量分析,为水下目标测距提供了一个新的途径。其中单探测头水下激光扫描测距方法能对合作目标进行测距,在近距离时具有较高的测距精度,双探测头水下激光扫描测距方法能对非合作目标进行测距,在较远距离上能获得较高的测距精度。
水下激光成像 同步扫描 后向散射 测距 underwater laser imaging synchronous scanning backscattering range finding
昆明船舶设备研究试验中心, 云南 昆明 650051
目标识别功能是现代鱼雷**应具有的基本功能。针对水下激光成像系统的特点,提出了将该系统应用于鱼雷自导/引信系统的设想并对其可行性进行了论证。蓝绿激光技术在鱼雷**上的应用将有效增强鱼雷的目标识别能力和水下对抗能力,大大增强鱼雷**的作战效能。
蓝绿激光 后向散射 水下激光成像 鱼雷 目标识别 green-blue laser backscattering underwater laser imaging torpedo targets identification
海军工程大学 兵器工程系, 湖北 武汉 430033
研究了水体的前后向散射光和目标反射光的传输特性, 运用脉冲激光器和增益型CCD(ICCD)搭建了距离选通激光水下成像实验系统, 建立了计算距离选通激光水下成像系统光信号的数学模型, 分析了图像对比度传递系数与门控信号的关系。编制计算机程序, 根据所搭建实验系统参数计算并绘制了距离选通激光水下成像系统门控信号与图像对比度传递系数的关系曲线, 提出了距离选通激光水下成像系统最佳门控策略。数值计算和实验结果表明：在ICCD未饱和的情况下, 精确开门得到的图像质量最高, 不论是滞后开门或是提前开门都会使图像分辨率有所下降, 但滞后开门比提前开门较为有利, 并且选通门开启的持续时间则应取激光脉宽的1～3倍。
距离选通 水下激光成像 数学模型 实验研究 图像对比度
桂林电子科技大学信息与通信学院, 广西 桂林 541004
介绍了距离选通水下激光成像技术的原理及其技术进展,并具体设计与实现了一种新型的水下激光成像系统。距离选通成像方式是一种减小水介质后向散射的有效方法,利用水介质对可见光光谱的低损耗窗口效应,采用蓝绿波长的脉冲激光器提供主动照明,CCD作为接收器,可在提高目标场景照度的同时,减小后向散射的影响,实现水下距离选通激光成像。实验证明,水下距离选通激光成像技术可以克服传统水下成像的缺点,具有成像清晰,对比度高,不受环境光源的影响等优点,已成为国内外重点研究的关键技术。
激光技术 激光水下成像 距离选通 电荷耦合器件 同步控制
