世界各国目标信息获取与应用需求日益迫切，各国纷纷着力开展新型的目标信息获取技术研究，针对各类目标，尤其是对空中目标进行高效信息获取。在现今的信息化社会中，新型信息获取技术意义重大，可以促进社会发展、提升人民生活水平，同时在完善**体系，保障国民安全方面也作用显著。因此，对新型目标信息获取技术的研究十分必要。基于大气扰动的目标探测技术作为一种新型的信息获取技术体制，利用目标飞行时形成的大气扰动进行目标探测具有不受目标自身性能影响的显著优势，应用潜力巨大。此篇综述基于大气扰动的目标探测技术，对目标大气扰动检测中图像处理方法进行研究，主要分为互相关方法、光流方法、帧间差分法、背景减除法四个方面，阐述其国内外研究进展，分析其技术优劣势及发展技术途径，最后对四种方法以及目标大气扰动图像处理方法未来的发展方向进行展望与总结。
大气扰动 图像处理方法 目标探测 atmospheric disturbance image processing methods target detection 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230044
1 国防科技大学空天科学学院, 湖南 长沙 410073
2 湖南省图像测量与视觉导航重点实验室, 湖南 长沙 410073
介绍一种通过设计相机成像系统来消除大气低频扰动的方法。精密光测工程通常在室外进行,很难避免因大气扰动造成的系统误差。大气扰动可以分为高频扰动和低频扰动两部分,高频扰动部分可以通过滤波消扰等图像处理方法消除。通过搭建相机对视成像系统的约束条件来消除由大气低频扰动引起的光测误差。在高速相机系统成像消扰实验中,利用镜面反射成像完成对视成像系统的标定。对比实验组和对照组的结果发现,测量误差从2.99%缩小至0.35%。结果表明相机成像系统对于大气扰动中的低频扰动消除具有良好的校正效果。
成像系统 精密光测 镜头系统设计 镜面反射标定 大气扰动 光学学报
2019, 39(12): 1211002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
在利用空间调制傅里叶变换光谱仪对远距离目标进行光谱遥测时,大气湍流扰动引起的入射光场的波前畸变会影响干涉图像和复原光谱的质量。根据大气湍流扰动对光场的相位调制作用,建立了大气湍流的随机相位模型与光场在大气中的分步传输模型,并对大气湍流扰动作用下的干涉图像与复原光谱进行了数值计算,结果显示:大气湍流会导致干涉图像的背景产生低频的强度起伏,并致使复原光谱在低频区域出现伴频噪声。采用统计实验的方法对归一化光谱误差与望远系统入瞳放大率、大气相干长度之间的关系进行统计分析。结果表明:归一化光谱误差的统计均值与望远系统入瞳放大率为准线性正相关,与大气相干长度为非线性负相关。依据归一化光谱误差的统计分析结果便可以根据外场环境的大气相干长度,合理地设计望远系统的入瞳放大率,从而实现对目标光谱的有效探测。
光谱学 大气扰动 Monte Carlo方法 傅里叶变换光谱仪 相位调制 光学学报
2018, 38(11): 1130003
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
为了更好地评价与研究受视宁影响的观测系统, 引入了基于功率谱的分析方法.使用不同截止频率以及衰减系数的卡曼谱来反演系统的中高频误差, 同时使用Zernike 多项式来表征系统低阶起伏, 结合这两种误差, 得到了系统误差的数值模型.最后, 通过分析实际波前叠加数值模拟大气扰动前后的功率谱, 验证了本方法评价受视宁影响的大口径系统的可行性.
功率谱 波前误差 卡曼模型 大气扰动 大口径望远镜 Power spectral Wave front error: Karman model Atmosphere turbulence Large telescope
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了实现对傅里叶望远镜成像系统更接近实际的仿真，改进了外场实验系统结构。采用反射式目标，利用准直扩束镜替代空间滤波器和准直透镜，使用大靶面电荷耦合器件作为监视器。在无大气和包含200 m水平大气两种情况下，分别对2.5 mm的4种不同空间频谱分布目标进行实验。实验选用9×9,17×17,33×33和65×65傅里叶分量分别进行重构。最高成像角分辨率为3.5″。结果表明含大气与无大气重构结果的Strehl比值相近，从而证明傅里叶望远镜成像系统能够克服下行链路低阶大气扰动的影响。
成像系统 傅里叶望远镜 外场实验 主动成像 大气扰动 图像重构
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
为了分析外场环境因素对傅里叶望远镜成像质量的影响和验证成像过程不受下行链路大气扰动影响的特点，开展了傅里叶望远镜外场实验研究.外场实验在室内实验的发射光学系统的基础上增加了主镜、次镜和会聚透镜组对目标散射光进行3次会聚仿真实际系统的成像过程，同时将目标与主镜、主镜与次镜分别拉开100 m距离验证成像系统不受下行链路大气扰动影响的特点.实验利用胶片打印的2种不同的卫星图片作为目标，获得了Strehl值分别为0.44、0.39的无大气扰动的外场重构图像和Strehl值分别为0.43、0.38的含大气扰动的外场重构图像.通过比较外场重构图像与室内重构图像的Strehl值,得出发射光学系统中光束的振动对成像有较大影响.分析发现无大气扰动外场重构图像与含大气扰动外场重构图像的Strehl值相近，从而验证傅里叶望远镜成像过程不受下行链路大气扰动的影响.
傅里叶望远镜 外场实验 主动成像 大气扰动 图像重构 Fourier telescopy Outdoor experiment Active imaging Atmospheric turbulence Image reconstruction
哈尔滨工业大学深圳研究生院激光信息技术研究中心, 广东 深圳 518055
自由空间光通信(FSO)在开放的大气链路中传输光信号, 不可避免地会受到大气扰动和背景光噪声的影响, 导致系统的可靠性降低。为了抑制大气扰动等对FSO系统造成的不利影响, 提出一种新的光信号调制方式——圆偏振位移键控(CPOLSK)。该调制方式利用圆偏振光的两种旋光状态进行数据的传送, 接收端结合差分方法进行光信号接收。给出了CPOLSK的装置模型, 并对其性能进行了分析。与目前广泛采用的开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)方式相比, CPOLSK很好地抑制了背景光噪声的影响, 同时对光电探测器内部噪声也有一定的抑制效果。
光通信 自由空间光通信 大气扰动信道 偏振位移键控 误码率
北京交通大学光电检测技术研究所,北京,100044
寻求减少或消除激光光线漂移对测量影响的方法与技术,是高精度激光测量,特别是激光准直测量获得成功的关键.就激光光束漂移抑制与补偿方法、原理与装置,各种方法的特点以及其发展趋势进行叙述.
激光准直 光线漂移 大气扰动 漂移补偿
对于遭受随机媒质退化的成像,需要用统计方法和功率谱模型实施复原处理.首先探讨了统计模型的大气光学传递函数(OTF);其次,在等功率谱的假定下,用功率谱维纳(Wiener)滤波器进行复原处理;然后,使用局部统计算法作乘法性噪声滤波的复原,获得了满意的图像复原结果.
图像复原 调制传递函数 大气扰动 Wiener滤波 功率谱
