基于距离选通的激光成像受激光脉冲能量、距离门门控时间的影响,激光图像对比度偏低,在此基础上进行三维成像的重建效果在整体上存在边缘信息、结构信息严重缺失的问题。因此,提出了一种改善思路,即将引导滤波结合双边滤波的方法应用于二维切片的预处理中,在误差范围内改变二维切片的像素信息分布,以获得高质量的三维重建结果。首先,利用引导滤波增强边缘信息,恢复目标内部的结构信息;然后,结合双边滤波弥补在上一步骤中出现的无效点增多的缺陷,稳定图像的均匀度。研究结果表明:采用引导滤波结合双边滤波的二维图像预处理得到的三维重建结果,在保证距离精度的同时,在边缘信息、结构信息的增强,以及图像的均匀度提升等方面具有优势。

将激光点云视为分布于三维欧氏空间的线性与非线性混合流形,提出一种基于混合流形谱聚类的自适应点云分割方法。由混合概率主成分分析法构造的M个主成分分析器组成混合概率模型,得到描述点云的邻接矩阵;将点云分割的几何特征在谱空间进行降维嵌入,利用N-cut方法得到描述点云分割特征的多维向量;结合类间类内划分算法自适应分割点云。实验结果表明,对于三种受测点云,所提出的算法能在较宽预设参数范围内以80%以上概率得到收敛于几何特征的分割结果,参数稳定性较好。在对点云添加均值为0,标准差为0.01的高斯噪声与0.25倍数量的离群点复合噪声的情况下,算法表现出良好的抗噪性;将该算法应用于切片式激光三维成像的卫星模型点云中也取得了理想分割结果。

在微光成像中, 距离选通成像是一种获取目标三维信息的有效手段。对于静止目标而言, 可以通过对目标切片成像, 获得不同选通距离的目标图像, 进而通过二值化算法或质心算法获得目标的三维图像。而对于运动目标而言, 在切片成像的同时, 目标的空间位置会发生变化, 因此需要对不同选通距离的目标图像进行配准, 而后才能获得目标的三维图像。搭建了基于像增强电荷耦合器件(ICCD)的距离选通实验系统, 提出了一种基于像质评价的互信息配准算法配准激光图像目标的空间位置, 然后对配准后的激光图像通过互相关算法获得三维图像, 并在保证一定的三维精度基础上, 逐渐减少激光图像的像幅数, 最后与二值化算法和质心算法三维重构进行了实验对比, 实验结果表明, 互信息配准算法能够有效配准激光图像, 互相关三维成像算法精度高于二值化法和质心法, 最少采用2幅图像即可获得目标的三维点云图像, 大大降低了对运动目标三维成像的难度。

针对火箭起飞过程中零时信号难以准确测量问题，提出了激光主动成像与距离选通技术相结合的测量方式，并通过求取光流的变化进而求取位移移动量获得火箭起飞的零时信号。对现有的零时信号测量方式进行了分析，确定了基于距离选通的ICCD成像方式，结合目标垂直上升的特性，提出目标轮廓与HS光流结合的抗光照干扰算法。实验结果表明：在模拟目标匀速上升过程中，在光照变化不大情况下，单独的边缘检测及单独的HS光流检测算法均能检测出目标的上升趋势；在光照变化剧烈情况下，边缘检测及HS光流检测算法均出现严重的误差，目标轮廓与HS光流结合算法排除了目标内部的干扰，得到的目标像素点位移量与真实的上升量基本一致，误差在亚像素量级，若图像帧频为25 fps，则时间精度为80 ms，完全符合零时信号提取的要求。

主被动复合激光距离选通探测系统的最大作用距离包括可见光/红外系统的最远探测距离和激光系统最远成像距离，分别对其进行建模分析，建立函数表达式，分析了探测器灵敏度和发射功率、激光发射角及大气能见度对最大作用距离的影响，并搭建了532 nm YAG激光器和860 ns固体激光器两套距离选通实验系统，仿真分析系统最远作用距离分别为11.2 km和5.5 km，采用YAG激光器分别对15.7 km、10.9 km、13 km目标成像，采用固体激光器分别对1.3 km、5.1 km、6 km目标成像，通过对比验证了系统的最远距离，实验结果表明，理论计算的最远作用距离与实际最远作用距离基本相符，最远作用距离函数能够反映系统的实际性能，可以作为系统评价的基本参考，是系统设计的重要参考依据。

采用全固态微光成像器件是未来微光成像的发展趋势。介绍了2 种全固态微光器件EMCCD、In_{xGa1－xAs，分析了其成像性能，描述了其研究现状，对比了传统的真空光电成像与全固态微光成像性能指标，阐明了微光成像器件向着高灵敏度、低噪声、宽光谱响应和强适应能力方向发展。}

距离选通激光主动成像技术兼具作用距离远、不依赖环境光照、可抑制大气后向散射、可进行三维成像等优势，是目前国内外研究的热点。介绍了距离选通激光主动成像技术的原理，分析了国内外将该技术用于大气条件下远距离成像监视和三维成像的典型系统、技术特点和应用等方面具有代表性的研究成果，并对该技术的发展趋势进行了展望。

从光学系统出发介绍了基于图像处理的离焦图像成像原理,分析了传统基于灰度梯度的自动调焦算法的缺陷——灰度梯度考虑不全面并且易受噪音影响.针对传统算法不足，提出了基于图像灰度梯度最大值累加的自动调焦算法.该算法通过计算中心像素的八邻域灰度梯度，以自动聚焦区域内各像素最大灰度梯度与最大灰度与最小梯度差值乘积之和作为新的评价函数，分析了该算法可以抑制噪音影响的原理；介绍了焦点搜索自适应变步长爬山算法原理和实现过程；最后进行算法性能实验验证.首先，利用不同算法对序列图像和加入高斯噪音的图像进行清晰度评价，结果证明该算法对含噪图像的清晰度评价准确，与传统算法相比该算法在抑制噪音方面具有优越性；其次，用不同聚焦算法进行序列图像自动调焦实验，结果显示传统算法会出现错误聚焦的情况，而该算法聚焦准确迅速，相比于传统算法具有明显优势.

激光雷达系统仿真具有重要的经济价值和广阔的应用前景。重点介绍了国外典型成像激光雷达建模仿真软件的研究进展，研究了其仿真原理、方法、功能和试验验证等有关情况，总结了激光雷达建模仿真的作用与意义，对下一步研究和发展方向进行了思考，可为仿真软件研发思路与方法提供借鉴。

针对靶场导弹零时信号检测的需要，讨论了现有检测方法的局限与不足，提出了利用高帧频摄像系统及图像处理技术进行导弹零时信号非接触检测的方法，即将特征区域的垂直投影变化作为目标垂直上升的位移变化，当位移超过一定阈值时给出零时信号。对实际情况中不同因素影响的图像进行了模拟实验，实验结果表明：该方法能够在距离目标300 m外有效地检测出1 cm的位移变化，处理时间在10 ms之内，能够实时可靠地给出零时信号。