1 防灾科技学院 电子科学与控制工程学院，河北 廊坊 065201
2 中国地震局地震研究所，湖北 武汉 430071
3 中国地震局地震大地测量重点实验室，湖北 武汉 430071
4 湖北省地震局，湖北 武汉 430071
现有流动卫星激光测距系统的距离选通模块因硬件架构问题，有稳定性不高、可靠性不强等不足。由于和固定站的设备互不兼容，因此需要研制新的距离选通模块，在兼顾高集成度的同时提升运行稳定性。在基于距离选通与后向散射规避的实现原理基础上，依靠ARM、FPGA嵌入式双核心架构设计全新的距离选通模块。采用人卫激光测距卫星lageos1、ajisai和地球同步卫星compassi3的星历进行距离门参数拟合等测试。经测试，该距离门控模块参数拟合误差小于0.01%，在2 kHz重复频率下单次预期回波时刻计算时间约为34.365 μs，平均后向散射规避点火频率损失率低于1%，在2 kHz重复频率下距离门分辨率优于5 ns，高频率门控信号输出平稳，并且能够满足20 kHz以上的重复频率应用需求，符合预期结果，具有实际应用价值。
距离选通 激光测距 多项式拟合 高重复频率 流动观测 range gating laser ranging polynomial fitting high repetition rate mobile observation 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220200
1 安徽公安职业学院公安科技系, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 空军研究院, 北京 100085
4 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
介绍了基于半导体激光器列阵的距离选通成像系统的总体组成, 针对系统的要求提出三种半导体激光器光束整形设计方案,并利用Zemax软件对三种不同结构的整形方案进行了仿真及实验对比分析。 结果表明叠层阵列宏透镜准直方案结构简单,对整形透镜的装配精度要求不高,成本低廉,但其对Bar条之间平行性和共面性要求较高; 光纤耦合阵列准直方案的光束发散角最小,但耦合损耗较大; 而基于柱状微透镜准直的叠层阵列光束整形方案具有较高的光收集效率和 较小的发散角,且工艺复杂性适中,适于远距离激光主动照明成像的工程应用。
激光技术 距离选通 激光成像 半导体激光器 光束整形 laser techniques range-gating laser imaging diode laser beam shaping
航天工程大学电子与光学工程系, 北京 101416
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。
图像处理 距离选通 三维成像 双边滤波 引导滤波 距离能量函数 激光与光电子学进展
2019, 56(15): 151007
针对传统选通成像面临的诸多技术约束与技术瓶颈, 分别从自触发选通与瞬时成像的角度提出了一种波导栅型微孔阵列的自触发瞬时选通成像。文中不但给出了完整的自触发选通成像原理与器件模型, 而且还指出钙钛矿量子点薄膜在瞬时选通成像的优势。最后在真空测试系统中分别对波导栅型微孔阵列的空间调制效果、电子束泵浦成像效果以及钙钛矿量子点薄膜瞬时发光的效果加以标定与建模, 并通过实验证明了该技术方案的可行性。
选通成像 自触发 距离选通 gating imaging self-triggered range gating 红外与激光工程
2019, 48(4): 0402002
华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
通过调整模块的工作参数,提出了一种对距离选通成像系统性能进行在线优化的方法。将眼图参数视为一个随系统可调参数变化的随机变量,采用高斯过程回归方法拟合此变化关系,并在学习过程中引入参数优化步骤,从而在更快速地从高维参数空间中学习到随机过程变化特征的同时优化系统参数。实验结果表明:所提方法可在线优化系统参数配置,提高距离分辨能力,揭示模块参数配置对距离分辨能力的影响,可为成像系统的设计提供一定依据。
成像系统 距离选通 在线学习 高斯过程回归 测距分辨率
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气成分与光学重点实验室， 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为提高基于距离选通的三维成像激光雷达成像效率及实时性,提出了一种由CCD单帧曝光图 像反演获取场景三维和强度信息的方法,应用于距离选通激光雷达成像系统。提出的方法利 用稀疏采样矩阵对回波信号进行编码,用相关算法对距离进行解码,用压缩感知技术对信息 进行复原。通过模拟仿真与室内成像实验对所提方法进行了研究,结果表明提出的方法能有 效降低数据量,提高系统成像效率。
图像处理 三维成像 距离选通 稀疏采样 压缩感知 image processing three-dimensional imaging range gating sparse sampling compressed sensing
1 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了解不同激光测距精度下的选通成像信噪比,本文利用外场实验系统对不同门宽条件下的图像信噪比进行了分析。首先, 根据激光距离选通成像理论建立作用距离模型, 初步确定系统各项参数。在此基础上, 构建外场实验系统, 并利用实验系统进行外场实验研究。对不同门宽条件下的图像进行分析对比, 获得门宽与图像信噪比关系曲线。实验结果表明：在门宽2 μs范围内, 图像信噪比≥8, 图像质量满足自动识别要求, 充分证明了距离选通成像系统对测距精度要求较低, 完全满足实际应用需求。
距离选通 门宽 信噪比 激光 range gating gate width SNR laser
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 亳州师范高等专科学校 理化系, 安徽 亳州 236800
研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整以实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,降低背景噪音以及增大成像的动态范围.此外,该系统具有增益监控和调节功能,信噪比达到20∶1 dB,在超二代像增强器阴极和微通道板输入面之间加幅度为－200 V、宽度为3 ns直流连续可调的选通脉冲以实现对增强器的选通,为了提高光电阴极补充电子的速度,在输入窗内表面光刻有线宽为5 μm、间距为50 μm正方形格栅以保证选通门宽为3 ns时光电阴极有足够快的响应速度,选通频率最高可达到300 kHz,实验测试在微通道板电压为700 V、荧光屏电压为5 000 V时增强器增益可达10 718 cd/m2 lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7 lp/mm.
成像系统 距离选通 光纤锥耦合 分辨率 选通门宽 增益控制 Imaging system Range-gating FPGA FPGA ICCD ICCD Optical fiber coupling Image resolution Gate width Gain control
空军工程大学航空航天工程学院, 陕西 西安 710038
结合距离选通技术在机载激光主动成像中的应用，对距离选通模型参数的时序关系进行了分析，得出了大气后向散射范围和单位截面的脉冲前点和后点时刻；给出了大气后向散射光强计算方法，并对机载激光主动成像斜程探测距离进行了修正；利用散射截面上点的物像关系，建立了探测成像系统光路图，给出了散射截面反射点与增强电荷耦合器(ICCD)探测器面接收点位置光强的对应关系；通过数字仿真分别得到水平和斜程探测器面光强的变化规律，以及像面上的光强分布情况；搭建了外场实验平台，得到实测结果与仿真结果的数据相对误差基本控制在5%以内，具有很好的符合程度，实测结果验证了所建模型的实效性。
大气光学 激光主动成像 距离选通 大气后向散射 成像系统 光强分布
江苏北方湖光光电有限公司，江苏 无锡 214035
为了增大水下光电成像探测系统的探测距离，降低系统造价成本，对距离选通技术中存在问题进行分析研究，提出降低激光单脉冲能量，提升系统运行频率，增加CCD曝光时间的方法。利用噪声随机特性及目标回波的相关特性进行多脉冲累计提高探测距离。对距离选通系统进行适应性改进，并在室内水池进行实验。实验结果表明：此方法可有效增大系统探测距离，且目标图像质量与激光脉冲数量存在一定最优匹配关系，实验中10次脉冲累计获取到29 m距离处的目标图像质量最佳。
光电成像 多脉冲累计 距离选通 水下探测 散射噪声 photoelectronic imaging multiplue-pulse accumulation range gating underwater detection scattering noise
