短波紅外激光非視域三維成像系統(tǒng)及性能研究.pdf

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

2、藏目標的場景重建?？紤]到激光非視域成像對人眼安全的應用需求，本文提出了一種短波紅外非視域成像機制，實現(xiàn)對視線外多個目標的三維重構，重建分辨率在15cm左右。
　　根據(jù)非視域成像原理設計成像系統(tǒng)，搭建了成像實驗系統(tǒng)，對非視域目標進行三維重建。我們的實驗裝置包含一個的1550nm波段的光纖飛秒激光器，脈寬90fs。由于光信號經(jīng)歷多次散射，最終探測器接收到的光信號非常弱，達到光子量級。我們利用高靈敏度的蓋革APD探測器接收光子，時間分辨

3、率可達150ps，利用時間相關單光子計數(shù)模塊采集數(shù)據(jù)。分析了散射回來的時域信號的各個組成部分，并利用反投影三維重建算法，實現(xiàn)對視線外多個目標進行圖像重構，準確還原了非視域場景內(nèi)的目標個數(shù)及形狀。
　　分析了目標三維重建算法，并對其進行優(yōu)化研究。對比分析了兩種濾波算法，結果顯示三維高斯拉普拉斯算法具有極強的邊緣檢測能力，能有效提取目標邊緣信息，實現(xiàn)圖像銳化。研究了濾波器參數(shù)對重建質(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、每層圖像強度最大值的0.7倍作為閾值，對重建像中偽點噪聲進行閾值操作，有效消除不同目標信號之間的相互干擾。
　　研究了激光非視域成像系統(tǒng)的性能。實現(xiàn)了單點目標在非視域場景中的定位。基于搭建的系統(tǒng)，雙點目標在橫向和縱向的分辨率分別可達到15和5厘米量級。進行了非視域成像重構時間的研究，分析了不同采樣點個數(shù)、范圍以及單點不同的采樣時間對成像質(zhì)量的影響。
　　該項技術成熟后，有望應用于戰(zhàn)場監(jiān)視、搜索營救、公共交通、醫(yī)學診療等領域。