基于距离选通的非视域成像技术实验
方案如图2所示，单基距离选通成像系统位于A房间中，其视场正对对面B房间的窗户。在单基距离选通成像系统和B房间窗户之间的走廊上放置一块玻璃作为中介反射面，其材质与窗户上的玻璃相同。中介反射面中心距单基距离选通成像系统和B房间窗户的距离分别为5.5 m和6.5 m。目标有两个，一个是黑白条纹靶板，如图3所示，位于走廊中距中介反射面中心15 m C地点，另一个是灭火器。激光相对于中介反射面的入射角为50°。
2.2相关图像处理方法由于目标反射光要经过中介反射面才能被ICCD所接收，因此对获得的目标图像首先要进行的处理就是镜像变换。此外，由于非时域成像技术基于距离选通的切片成像原理，即ICCD一次曝光只能接收一段距离范围内的目标反射光，因此可以通过逐渐增加延迟时间获得序列图像，再将这些序列图像重构来增大系统的景深[10]。本文所设计的序列图像重构算法首先将每一帧图像进行非下采样轮廓波（NTSC）变换，然后对于不同方向的高频系数，按相邻帧取极大值的方法进行融合，而对低频系数，在按相邻帧取极大值的方法进行融合完成后再进行非线性变换以增加图像锐度和对比度，最后进行反NTSC变换得到景深增强后的图像。3实验结果实验在晚上进行，第一轮实验时，将中介反射面移开。由于中介反射面与B房间窗户玻璃的材质相同，因此此时相当于以窗户玻璃作为中介反射面，且入射角为90°，此时探测目标为窗户外面的树木（离窗户最近的树干距窗户的距离约为2 m）。实验中，ICCD的增益设置为1 100 V，实验结果如图4所示。其中，图4（a）为打开B房间日光灯，不使用激光器，且ICCD工作在连续工作模式下所获得的图像。可以看到，由于窗户玻璃对日光灯的反射，且室外景物照度较低，无法观察到室外的情景。图4（b）为实验系统工作于距离选通模式，且ICCD延迟时间设置为0 ns，选通宽度设置为20 ns所获得的图像。因为距离选通成像系统存在固有延迟（约为94 ns），因此此时成像系统实际的延迟时间应加上固有延迟。根据式（1），假设P（t）和G（t）都具有理想的方波波形，则T玻璃 第二轮实验时，将中介反射面移入图2中所示位置，ICCD增益仍设置为1 100 V，实验结果如图5所示。其中图5（a）为只打开C处日光灯，不使用激光器，且ICCD工作在连续模式时所获得的图像。可以看到，如日常生活中裸眼所见一样，ICCD可以在被动成像模式下获得目标经玻璃镜面反射后的图像。此时目标板上可分辨的最小条纹宽度为20 mm。但这种情况需要避免背景光的干扰，否则如图5（b）和图5（c）所示，当打开A处或B处的日光灯时，由于目标板的镜面反射光通量远小于A处灯光的反射光通量以及B处灯光的透射光通量，因此ICCD所获得的图像上无法再辨识出目标板。使用主动式距离选通成像技术可以解决这一问题，如图5（d）所示，当设置延迟时间为0 ns，选通宽度为10 ns时，所获得的图像为B房间窗户前一块方板的图像。为了获得放置在走廊上的目标板的图像，需要继续增大延迟时间。如图5（e）所示为延迟时间等于20 ns时的图像，目标板上可分辨的最小条纹宽度为10 mm。比较图5（a）和图5（e）可以看出，使用距离选通成像系统所获得的图像对比度更高、细节更清晰、分辨率更高。 第三轮实验时，整体布置同上，但是将目标靶板移开，同时将灭火器放置在距中介反射面中心25 m的地方，灭火器后面是白色墙壁。图6（a）～（e）为通过逐渐增加延迟时间所得到的序列图像，其中步长为1 ns，选通宽度为10 ns。图6（e）为重构后的结果，可以看到，该图像包含了序列图像中的所有目标信息，且图像的细节和对比度都得到了提升。 4结论通过建筑或汽车上的玻璃、平静的水面等物体表面的反射，实现对街道拐角或室内目标等非视域场景的观察，具有一定的实际使用价值。但是当场景中存在太阳光或其他光源的干扰时，被动成像技术难以胜任这一任务。采用基于单基距离选通的主动成像技术，通过合理调整选通门开启时间和宽度，可以有效抑制背景光的干扰，获得质量更优的图像。下一步的工作在于研究光线非确定性导致的目标定位不准的问题。参考文献： [1]许凯达，金伟其，裘溯，等.激光距离选通成像技术及其组合应用模式综述[J].红外技术，2012，34（1）：1623. [2]徐凯达，金伟其，刘敬，等.基于激光距离选通成像的非视域成像应用[J].红外与激光工程，2012，41（8）：20732078. [3]REPASI E，LUTZMANN P，STEINVALL OK，et al.Mono and bistatic SWIR rangegated imaging experiments for ground applications[J].SPIE，2008，7114：119. [4]REPASI E，LUTZMANN P，STEINVALL O，et al.Advanced shortwavelegnth infrared rangegated imaging for ground applications in monostatic and bistatic configurations[J].Applied Optics，2009，48（31）：59565969. [5]STEINVALL O，ELMQVIST M，LARSSON H.See around the corner using active imaging[J].SPIE，2011，8186：116. [6]KIRMANI A，HUTCHISON T，DAVIS J，et al.Looking around the corner using transient imaging[C]∥2009 IEEE 12th International Conference on Computer Vision.Kyoto： IEEE，159166. [7]郭惠超，孙华燕，都琳.利用时间切片序列图像的三维成像距离信息计算方法[J].红外与激光工程，2012，41（12）：32583262. [8]王荣波，钟森城，李泽仁，等.激光照明水下目标距离选通成像系统的研制[J].强激光与粒子束，2013，25（7）：16661670. [9]LAURENZIS M.Evaluation metrics for rangegated active imaging systems using a Lissajoustype eye pattern[J].Applied Optics，2010，49（12）：22712276. [10]李海兰，王霞，金伟其，等.基于多帧水下距离选通图像的三维重构方法[J].光学学报，2010，30（12）：34643470. （编辑：张磊）
下一篇：图解卫星广播