短波紅外激光非視域三維成像系統(tǒng)及性能研究.pdf

1、目前激光成像技術(shù)正被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，而在各種成像場(chǎng)景中，障礙物對(duì)成像視線的遮擋是最為常見的情況。傳統(tǒng)的成像方式無法對(duì)視線外的場(chǎng)景進(jìn)行有效探測(cè)，因而急需要新的成像技術(shù)來解決這一問題。激光非視域成像技術(shù)是近年出現(xiàn)的一種新的成像技術(shù)，通過類似拐角成像的特殊成像方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱藏目標(biāo)的探測(cè)。得益于微弱光信號(hào)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，特別是具有單光子探測(cè)能力的光子探測(cè)器件的飛速發(fā)展，使得我們可以利用探測(cè)器接收多次散射光子所攜帶的時(shí)間信息，來實(shí)現(xiàn)對(duì)隱

2、藏目標(biāo)的場(chǎng)景重建?？紤]到激光非視域成像對(duì)人眼安全的應(yīng)用需求，本文提出了一種短波紅外非視域成像機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)視線外多個(gè)目標(biāo)的三維重構(gòu)，重建分辨率在15cm左右。
　　根據(jù)非視域成像原理設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)，搭建了成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)非視域目標(biāo)進(jìn)行三維重建。我們的實(shí)驗(yàn)裝置包含一個(gè)的1550nm波段的光纖飛秒激光器，脈寬90fs。由于光信號(hào)經(jīng)歷多次散射，最終探測(cè)器接收到的光信號(hào)非常弱，達(dá)到光子量級(jí)。我們利用高靈敏度的蓋革APD探測(cè)器接收光子，時(shí)間分辨

3、率可達(dá)150ps，利用時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)模塊采集數(shù)據(jù)。分析了散射回來的時(shí)域信號(hào)的各個(gè)組成部分，并利用反投影三維重建算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)視線外多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行圖像重構(gòu)，準(zhǔn)確還原了非視域場(chǎng)景內(nèi)的目標(biāo)個(gè)數(shù)及形狀。
　　分析了目標(biāo)三維重建算法，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化研究。對(duì)比分析了兩種濾波算法，結(jié)果顯示三維高斯拉普拉斯算法具有極強(qiáng)的邊緣檢測(cè)能力，能有效提取目標(biāo)邊緣信息，實(shí)現(xiàn)圖像銳化。研究了濾波器參數(shù)對(duì)重建質(zhì)量的影響。提出了一種分層閾值處理算法，選擇三維圖像中

4、每層圖像強(qiáng)度最大值的0.7倍作為閾值，對(duì)重建像中偽點(diǎn)噪聲進(jìn)行閾值操作，有效消除不同目標(biāo)信號(hào)之間的相互干擾。
　　研究了激光非視域成像系統(tǒng)的性能。實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)目標(biāo)在非視域場(chǎng)景中的定位?；诖罱ǖ南到y(tǒng)，雙點(diǎn)目標(biāo)在橫向和縱向的分辨率分別可達(dá)到15和5厘米量級(jí)。進(jìn)行了非視域成像重構(gòu)時(shí)間的研究，分析了不同采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)、范圍以及單點(diǎn)不同的采樣時(shí)間對(duì)成像質(zhì)量的影響。
　　該項(xiàng)技術(shù)成熟后，有望應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、搜索營(yíng)救、公共交通、醫(yī)學(xué)診療等領(lǐng)域。