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激光助视/微光夜视系统视距评估研究

作　者: 刘磊
导　师: 常本康
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 微光夜视系统激光助视光电阴极光谱匹配系数亮度增益视距探测方程视景仿真视距评估
分类号: TN22
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

作为开拓人眼视觉的夜视技术,自二十世纪三十年代出现以来,已经取得了迅猛的发展和应用。目前的微光夜视系统靠夜天光照射景物,以被动的方式工作,自身的隐蔽性好。但是受自然照度和大气透明度影响大,并且景物之间的反差小,图像平淡而且层次不够分明,特别是在浓云和阴天情况下,景物的照度和对比度下降而影响观察效果。为了取得好的观察效果,我们研制了激光助视/微光夜视系统,它既保留了原有微光成像系统的优点,又可以利用激光助视,以弥补景物照度和对比度的不足,将微光成像系统的探测阈值延伸到10^-3lx以下,并可在不同的恶劣天气条件下观察,改变了目前大多数微光夜视系统的固有缺陷,使激光+微光夜视系统构成主被合一的夜视探测系统,对于缩小我国与国外夜视仪器整机性能的差距是非常有意义的。本文对激光助视/微光夜视仪进行了系统研究,分析了激光助视下的微光夜视仪视距探测技术,对视距探测方程进行了完善,对微光夜间成像进行了视景仿真,对研制的车辆驾驶夜视仪进行了野外试验,对试验数据与理论值进行了比较,对评估微光夜视系统的性能,优化微光夜视系统的设计有一定的价值,在微光夜视仪的实际应用中也是很有意义的。本文各章内容如下: 第一章回顾总结了微光夜视技术的发展历史和应用前景,简述了国内外微光夜视系统及其视距评估技术的研究现状和发展趋势,阐述了本文的研究背景和意义、主要工作。第二章系统分析了激光助视/微光成像系统的组成及原理,以所研制的头盔式激光助视/微光夜间驾驶仪为例,分析了其功能组件和性能参数,评述了各系统参数及其对仪器性能的影响。第三章研究了夜天空辐射特性、激光辐射在大气中的衰减特性、常见景物在激光助视下的反射辐射光谱分布特性,计算并分析了典型光电阴极对景物反射辐射的光谱匹配系数,为激光助视/微光夜视系统的视距评估提供了理论基础。第四章研究了激光助视/微光成像系统视距基本理论,在对微光成像系统视距探测方程进行推导的基础上,从大气透过率、光谱匹配、亮度增益等诸多方面进行修正,建立了更为实用和完善的视距探测方程。第五章研究了微光图像计算机仿真的原理和方法,分析了Creator和Vega视景仿真软件平台,给出了完整的微光夜视仪仿真系统的实现方案,建立了仿真基本框架和操作流程。第六章开发了一个具有完善功能的视距评估和视景仿真软件包,应用在野外试验中,对激光助视/微光夜视系统典型环境和目标背景下的视距进行了估算和视景仿真,

全文目录

中文摘要  5-7
英文摘要  7-12
1 绪论  12-29
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-27
    1.2.1 微光夜视系统的发展和研究现状  13-16
    1.2.2 视距探测理论的发展和研究现状  16-25
      1.2.2.1 理想成像系统视距探测方程及其局限性  16-20
      1.2.2.2 实际成傢系统视距探测方程及其局限性  20-25
    1.2.3 视景仿真技术的发展和研究现状  25-27
  1.3 本文的主要工作  27-29
2 头盔式激光助视/微光夜间驾驶仪  29-39
  2.1 基本组成  29
  2.2 物镜  29-31
  2.3 目镜  31-32
  2.4 像增强器  32-33
  2.5 助视系统  33-34
  2.6 电源  34-37
    2.6.1 激光二极管的驱动电路  34-35
    2.6.2 强光保护电路  35-37
  2.7 机械结构  37-38
  2.8 综合特性  38-39
3 夜天光谱分布与光电阴极光谱响应匹配技术  39-59
  3.1 夜天辐射光谱分布  39-43
    3.1.1 夜天辐射  39-42
    3.1.2 夜天辐射光谱数据库  42-43
  3.2 景物反射辐射光谱分布  43-49
    3.2.1 激光在大气中的衰减  43-47
    3.2.2 景物反射辐射光谱分布  47-49
  3.3 光电阴极光谱响应  49-53
    3.3.1 光谱响应的测量  50
    3.3.2 光谱响应数据库  50-51
    3.3.3 Super S_(25)和New S_(25)光电阴极光谱响应特性  51-53
  3.4 景物反射辐射光谱与光电阴极光谱响应匹配技术  53-58
    3.4.1 光谱匹配系数  53-54
    3.4.2 景物反射辐射光谱与光电阴极光谱响应匹配系数  54-56
    3.4.3 激光反射辐射光谱与光电阴极光谱响应匹配系数  56-58
  3.5 结论  58-59
4 激光助视/微光夜视系统视距探测方程  59-78
  4.1 概论  59-60
  4.2 微光成像系统视距理论公式的推导  60-62
  4.3 微光成像系统视距探测方程的建立  62-70
    4.3.1 观察水平的确定  63-64
    4.3.2 目标尺寸与长宽比的修正  64
    4.3.3 大气透过率的影响  64-65
    4.3.4 对比度的修正  65-66
    4.3.5 反射率的确定  66
    4.3.6 光谱匹配的影响  66-67
    4.3.7 亮度增益的影响  67-70
  4.4 微光成像系统视距探测方程的应用  70-77
    4.4.1 CY—1C头盔式微光夜视仪的视距估算  70-75
    4.4.2 激光助视下头盔式微光夜视仪视距估算  75-77
  4.5 结论  77-78
5 激光助视/微光夜视系统视景仿真技术  78-92
  5.1 系统仿真方法  78-79
  5.2 视景仿真工具  79-86
    5.2.1 Creator  79-80
    5.2.2 Vega  80-86
  5.3 微光图像的生成  86-91
  5.4 结论  91-92
6 激光助视／微光夜视系统视距评估及应用  92-112
  6.1 视距评估软件  92-99
  6.2 激光助视／微光夜间驾驶仪视距评估及试验  99-105
    6.2.1 野外试验  99-102
    6.2.2 视距评估  102-105
  6.3 三代微光夜视观瞄系统视距评估及试验  105-112
    6.3.1 试验目的及条件  105
    6.3.2 试验项目  105-106
    6.3.3 试验结果及视距评估  106-112
7 结束语  112-115
  7.1 本文的工作总结  112-113
  7.2 本文的创新点  113
  7.3 有待进一步研究的问题  113-115
致谢  115-116
参考文献  116-123
攻读博士期间发表论文及获奖情况  123-125

激光助视/微光夜视系统视距评估研究

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