基于连通域判别的光轴一致性检测技术研究

发布时间：2020-09-11 15:18

　　在航天和国防军事等探测、侦查领域中,以制导、红外成像、雷达探测为主要功能的军事武器,都装配有半导体激光发射装置、可见光成像仪器等富含远红外、激光、近红外等多种波段的光电系统。武器系统各光轴平行性越好,则在现代以及未来可能突发的全数字化战争中,越具有主动性优势,可以快速掌握战时情报,实现精确打击与灵活机动。由于某些光电武器的特殊性能要求,为其装备了多种光电单元,使得武器设备整体尺寸较大,造成光电单元间的跨距较大,不仅安装困难,同时各光电单元的光轴精度也无法保证。当武器装备实际侦查使用时,若各光电设备的光轴平行性不一致,会造成跟踪对象位置偏离,实际打击中则可能误伤无辜。故多光轴一致性检测与提高光轴平行性精度,始终是一个重点研究领域。影响光电设备各光轴平行性精度的因素较多,如实际加工误差、恶劣环境中使用、使用时间较长等等,都会造成光轴间平行性精度降低。故在光电设备的使用前和使用中的各个阶段,都要不定期的进行精度检测调节,根据具体设备自身实际情况,将光轴偏角调节到工作许可范围内。本文通过对小口径平行光管法的研究,针对中航工业某机载雷达武器系统的光电单元,开发了一套组装方便、操作便捷、高精度的光轴一致性检测系统。采用离轴抛物面反射镜结构,在满足视场角的要求下,将内部光路多次折叠反射,极大缩小了设备自身体积。本系统装配有红外、激光、可见三种不同波段光源发生装置,结合机器视觉实现目标光轴位置采集。本文通过建立光路传播数学模型,得出光源位置与光斑位置具有一致性的结论,同时分析了光轴偏角检测原理。采用图像处理及目标识别算法实现光斑质心的快速定位。本文通过分析机载雷达系统的光斑特点,提出了基于连通域判别的光斑定位方法。通过改进的自适应阈值算法缩小目标区域,利用连通域标记识别出所有前景,根据连通域尺寸剔除大量噪声及无关区域,最终得到目标光斑轮廓信息。仿真实验结果表明,改进的自适应阈值法结合连通域判别法可有效抑制机载雷达系统中激光光斑的背景噪声,快速定位激光光斑能量中心。本系统可适用于室内及外场环境中,可检测原位或离位设备。根据系统结构组成分析了本系统不确定度小于10秒。通过实验,检测了系统初始状态各光轴间偏角。同时检测出激光光轴的最大调节范围为21分。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN959.73;TN219
【部分图文】：

弹载雷达

北京交通大学硕士专业学位论文逦逡逑系统，广泛应用在军事制导、侦查、探测、光电报警的各个领域［４１，如图１－１逡逑电吊舱。红外武器通过辐射源搜索甄别目标，并且可以有效辨别伪装，在现逡逑息化战斗中有显著优势。逡逑红外与激光密不可分，具有红外波段的系统上，几乎都可以察觉到激光的应逡逑。激光也凭借其高亮度、方向性好等突出特点，在激光通信、激光测距与激光逡逑、反侦察等领域占有一席之地［５］。极大提高了部队军事战争中防御、打击及演逡逑力，如图１－２为弹载雷达系统。随着军事武器的光电集成度的提高，配备微光、逡逑外、远红外、紫外、激光等不同波段的武器应用环境也逐渐扩大［６］，从浅海到逡逑海、从陆地到天空至外太空，以侦查探测、传输数据，光电武器成为现在侦察逡逑中的千里眼与顺风耳，确保了战场情报的准确获取、战场环境的三维显示、目逡逑踪定位的准确性。保证了战略与战术上的制高点［７］。逡逑

光源,武器,激光武器,光纤激光

自Ｉ９６０年在美国本土研发首台激光器后，相关领域科研人员一直致力于在武逡逑器领域应用激光设备，正如各种好莱坞科幻大片中所展现的激光武器一般，它定逡逑会成为未来武器的潮流，地处欧洲的西方大部分国家以极大热情投身于光电设备逡逑在军事武器的应用。德国的ＬＦＫ－ＭＢＤＡ公司大力研发激光武器，实施地面防空激逡逑光武器系统研发计划，其自动光轴校准系统可提高武器命中的准确率。美国还准逡逑备将光纤激光武器普及到驱逐舰、轰炸机甚至战斗机上面。俄罗斯国防部公布一逡逑款名叫“勇士”的车载激光武器系统，是用于近程防空的光纤激光武器，其激光逡逑指示器和瞄准系统的各项指标都有所优化。我国著名的光电研宄当属“大连光源”，逡逑如图１－３所示，是当今光强最大的极紫外波段的自由电子激光装置。逡逑１．２．２光斑定位算法研究现状逡逑北京理工大学光电学院的陈和、杨志浩、郭磐等人，通过研宄相干测风激光逡逑雷达系统，为使其达到要求的光轴精度指标，采用高斯拟合局部重心法的图像处逡逑理技术［２６］。依据高斯拟合建立曲面模型，采用最小二乘法推导其曲面拟合极值点逡逑

模型图,光轴一致性,检测系统,模型

光源发生器与其生成的光斑图像位置关系。逡逑２．１系统模型设计分析逡逑光轴一致性检测系统模型如图２－１所示。本系统主要需要实现：第一，对光斑逡逑图像信息进行有效地采集；第二，对光斑图像进行轮廓定位以及质心位置检测；逡逑第三，根据检测结果指导调节光源位置。逡逑｜运动控｜逦逡逑逦＋丨制卡逡逑Ｘ逦反光镜逡逑［丨．上ｎ逦／Ｚ邋＾邋ｍ逡逑ｒｇ＾ｎ，ｈ逦口逡逑逦离轴抛义Ｊ逡逑Ｋ逦灥反邋ｖ逡逑Ｌｉ？＿＿射镜逡逑图２－１光轴一致性检测系统模型逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ａｘｉｓ邋Ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ邋Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ邋Ｓｙｓｔｅｍ逡逑首先，为保证采集图像的质量。本课题通过采用平行光管结构［３Ｇ］，可保证出逡逑射光束为平行光，或模拟无穷远目标。采用离轴式反射镜结构，可保证在小视场逡逑角度中有效滤除杂光，同时采用反射式结构可有效减小设备尺寸。采用高分辨率逡逑ＣＣＤ相机和图像采集卡，可保证连续快速采集光斑图像。其次，为实现光斑轮廓逡逑的提取和光斑质心的精准定位。在保证计算机基本配置的基础上

【参考文献】