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小型化激光主动成像系统研究

作　者: 王祥科
导　师: 郑志强
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 激光主动成像 距离门选通技术 小型一体化 后向散射 DSP平台 图像去噪 同态滤波 Retinex
分类号: TN27
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 387次
引　用: 12次
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内容摘要


激光主动成像技术具有许多被动夜视不具备的优点。本文针对激光主动成像的若干关键技术,着重研究其在理论分析、系统设计和图像处理等方面的内容,较好的解决了小型化距离门选通激光主动成像的一系列理论和技术难点。理论分析方面,证明了距离门选通技术能够抑制后向散射的影响,计算了主动成像系统主要器件参数要求。在连续激光主动成像模型的基础上,本文建立了距离门选通激光主动成像模型,然后从单CCD信噪比和图像均方差误差的角度证明了采用距离门选通技术对抑制后向散射、提高成像距离和图像质量的必要性,进而提出了距离门选通技术关键参数的选取原则。最后,从能量角度出发,修正了主动成像系统中激光峰值功率和CCD参数、光学参数的关系式,针对小型一体化主动成像系统技术指标和国内技术水平得到CCD和光学系统主要参数要求。系统设计方面,提出了一种适合国内现有技术水平的小型化距离门选通激光主动成像方案,研究了大功率脉冲激光源产生和距离门选通实现等关键技术和光学系统、机械平台等相关技术。本文首先设计了DSP TMS320F2812控制平台和恒流源大功率高频激光驱动器,电压调制半导体激光产生合适的激光脉冲,解决了国内距离门选通激光主动成像缺乏合适激光源的难题。然后分析了距离门选通技术回路,结合DSP平台高精度的时间处理能力,软件实现了距离门选通技术。最后,讨论了光学系统、机械平台的性能指标,提出了光学部分参数调整流程,设计了光学参数调整驱动,并定义了相应的通信控制协议。图像处理方面,针对激光主动成像图像的特点,研究了主动成像图像去噪增强算法。本文分析了图像噪音来源和特点,分别从空域、频域、小波域研究去噪算法,得出采用Birge-Massart策略的二阶Harr小波去噪算法对主动图像去噪效果最佳。然后基于照射/反射成像模型,研究了同态滤波器算法,并结合点增强算法较好的解决了图像对比度低和照度不均的问题。最后,基于视觉恒常理论,初步研究了Retinex算法在激光主动成像图像处理中的应用。本文针对小型化距离门选通激光主动成像系统系列技术的研究,起点高、技术难度大、涉及面广,既有基本的理论证明,也开展了一定前瞻性的研究工作,为小型一体化、低成本激光主动成像系统的实现奠定了基础。

全文目录


中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章 绪论  7-12
  1.1 激光主动成像的意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 课题背景  9-10
  1.4 论文的主要工作和组织结构  10-12
    1.4.1 论文主要工作  10-11
    1.4.2 论文组织结构  11-12
第二章 激光主动成像特性及其对系统设计的影响  12-27
  2.1 激光大气传输衰减特性  12-14
  2.2 后向散射对连续激光主动成像的影响  14-17
  2.3 距离门选通技术  17-22
    2.3.1 距离门选通原理  17-18
    2.3.2 距离门选通技术对后向散射的抑制作用的证明  18-20
    2.3.3 距离门选通技术关键参数的选取原则  20-22
  2.4 小型化激光主动成像系统主要器件参数要求  22-26
    2.4.1 激光主动成像激光功率理论计算  22-23
    2.4.2 CCD 参数选取  23-25
    2.4.3 光学系统参数选取  25-26
  2.5 小结  26-27
第三章 小型化激光主动成像系统设计  27-44
  3.1 小型一体化激光主动成像系统方案设计  27-29
  3.2 关键器件性能要求  29-31
    3.2.1 半导体激光器性能要求  29-30
    3.2.2 ICCD 性能要求  30-31
  3.3 关键技术实现  31-39
    3.3.1 DSP 平台性能要求和实现  31-35
    3.3.2 脉冲激光驱动性能要求和实现  35-37
    3.3.3 距离门选通技术实现  37-39
  3.4 相关技术研究  39-43
    3.4.1 光学性能分析和驱动实现  39-42
    3.4.2 机械平台性能要求  42-43
  3.5 连续激光主动成像系统组装  43
  3.6 小结  43-44
第四章 激光主动成像图像处理  44-65
  4.1 激光主动成像图像特点  44-45
  4.2 激光主动成像图像去噪算法研究  45-58
    4.2.1 激光主动成像图像噪声分析  45-47
    4.2.2 空间域去噪算法研究  47-52
    4.2.3 频域去噪算法研究  52-55
    4.2.4 小波去噪算法研究  55-58
    4.2.5 去噪算法分析总结  58
  4.3 激光主动成像图像增强算法研究  58-61
    4.3.1 空域图像增强算法  59-60
    4.3.2 同态滤波器算法  60-61
  4.4 Retinex 理论在激光图像处理中的应用  61-63
  4.5 小结  63-65
第五章 结论与展望  65-68
  5.1 论文工作总结  65-66
  5.2 未来工作展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-74
附图1 DSP 平台  74-76
附图2 连续激光主动成像系统组装图  76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 显示技术
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