激光成像探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

激光成像探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

0激光成像探測(cè)的特點(diǎn)激光成像檢測(cè)通過激光束對(duì)目標(biāo)進(jìn)行輻射，目標(biāo)反射回波通過光學(xué)成像探測(cè)器接收，并通過信號(hào)獲取目標(biāo)反射強(qiáng)度信息。目標(biāo)和測(cè)量之間的距離和速度信息。背景圖像，如圖像、距離圖像和多普勒（速度）圖像。與合成孔徑、毫米波、紅外、可見光等其他成像探測(cè)模式相比,激光成像探測(cè)具有顯著特點(diǎn):(1)抗電磁干擾能力強(qiáng),且對(duì)地物和背景有極強(qiáng)的抑制能力,不像紅外和可見光成像那樣易受環(huán)境溫度及陽光變化的影響;(2)抗隱身能力強(qiáng),能穿透一定的遮蔽物、偽裝和掩體,并可對(duì)散射截面很小的目標(biāo)尤其是紅外隱身目標(biāo)進(jìn)行有效探測(cè);(3)具有高的距離、角度和速度分辨率,能同時(shí)獲得目標(biāo)的多種圖像(如距離像、強(qiáng)度像、距離-角度像等),圖像信息量豐富,自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別算法大為簡(jiǎn)化,目標(biāo)區(qū)分能力突出,易于判別目標(biāo)類型,特別是目標(biāo)的易損部位。基于上述優(yōu)點(diǎn),激光成像探測(cè)模式突破了傳統(tǒng)的成像概念,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛開展了激光成像探測(cè)技術(shù)的研究工作。1激光探測(cè)的方式國(guó)外激光成像探測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用于激光成像雷達(dá)、激光成像制導(dǎo)及激光成像引信等軍事領(lǐng)域。目前,激光成像探測(cè)技術(shù)從探測(cè)方式上可分為相干探測(cè)和直接探測(cè),從掃描方式可分為掃描成像探測(cè)和非掃描成像探測(cè),從輻射源的角度可以分為3類:CO2激光成像探測(cè)、二極管泵浦固體激光(DPSSL)成像探測(cè)和半導(dǎo)體激光成像探測(cè)。由于無論是探測(cè)方式還是掃描方式的發(fā)展變化,均體現(xiàn)在3種不同輻射源的發(fā)展階段中,故本文重點(diǎn)以基于激光輻射源的3類探測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展為主線進(jìn)行討論。1.1激光成像雷達(dá)CO2激光器的輻射效率高,大氣傳輸特性好,易于實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)和三維成像。早期激光成像探測(cè)系統(tǒng)大都采用之,系統(tǒng)采用角度-角度-距離(AAR),角度-角度-多普勒(AAD)等成像方式,信息處理技術(shù)已經(jīng)非常成熟。但CO2激光器尺寸大、成本高,且HgCdTe探測(cè)器需要低溫制冷,制約了其應(yīng)用。國(guó)外CO2激光成像探測(cè)系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代,1978年,第一臺(tái)三維成像外差激光雷達(dá)樣機(jī)問世。20世紀(jì)80年代,多功能CO2激光相干成像雷達(dá)迅速發(fā)展。美國(guó)研制出多種樣機(jī)并進(jìn)行了試驗(yàn)。麻省理工學(xué)院研制了用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)、跟蹤和識(shí)別的IRAR紅外多功能激光成像雷達(dá),系統(tǒng)采用距離和速度成像方式,成像像素為128×60,成像速率為15Hz,最大探測(cè)距離達(dá)3km。美國(guó)聯(lián)合技術(shù)研究中心研制了用于戰(zhàn)術(shù)直升機(jī)障礙物/地形回避警戒的LOTAWS系統(tǒng),可探測(cè)1.6km距離處直徑為3.2mm的電線。通用動(dòng)力、休斯等公司在CMAG(巡航導(dǎo)彈先進(jìn)制導(dǎo))計(jì)劃資助下,研制了用于AGM-129空射巡航導(dǎo)彈避障、導(dǎo)航和末制導(dǎo)CO2激光成像制導(dǎo)雷達(dá),使AGM-129的制導(dǎo)精度從原來的40m提高到3m。英國(guó)Barr&Stroud公司研制了用于動(dòng)目標(biāo)指示的多普勒速度成像激光雷達(dá),視頻顯示6種顏色和背景,探測(cè)距離為1.4km,速度分辨率高達(dá)0.65km/h。法國(guó)Sfena公司研制了用于戰(zhàn)斗機(jī)地形跟蹤和地形回避的調(diào)頻連續(xù)波CO2激光成像雷達(dá)。瑞典國(guó)家防衛(wèi)研究所(FOI)研制了基于零差探測(cè)的CO2激光成像雷達(dá)系統(tǒng),探測(cè)距離達(dá)2km。蘇聯(lián)、德國(guó)、加拿大等國(guó)也都開展了CO2激光成像探測(cè)技術(shù)的研究工作。90年代初,美國(guó)通用動(dòng)力、休斯、麥道和雷錫恩等公司在ATLAS(先進(jìn)技術(shù)激光雷達(dá)導(dǎo)引頭)計(jì)劃資助下,為AGM-130先進(jìn)巡航導(dǎo)彈研制CO2激光成像導(dǎo)引頭試驗(yàn)樣機(jī),并成功進(jìn)行了飛行試驗(yàn),獲得了高分辨率的偽彩色編碼三維距離圖像,能很好地滿足地形匹配、地形跟隨和避障及末制導(dǎo)要求。1997年,美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在10.6μm相干激光成像雷達(dá)研究中采用30×30陣列的HgCdTe探測(cè)器進(jìn)行成像,提高了成像速率。從1993年開始,英國(guó)和法國(guó)合作研究一種小型化機(jī)載CO2激光成像避障雷達(dá)CLARA。它采用低功率波導(dǎo)CO2激光器、外差探測(cè)技術(shù),能顯示高分辨率偽彩色編碼的距離圖像,可以識(shí)別不同距離處的細(xì)小障礙物。需要指出的是,由于氣體激光器的體積、成本及抗震性等在武器系統(tǒng)中應(yīng)用的不利因素,至目前為止,國(guó)外已基本停止了CO2激光成像探測(cè)系統(tǒng)的研制工作。1.2locaas及激光成像導(dǎo)引頭二極管泵浦固體激光(DPSSL)成像探測(cè)系統(tǒng),克服了CO2激光成像探測(cè)系統(tǒng)體積大、價(jià)格高的缺點(diǎn),且探測(cè)器無需制冷,是近年來激光成像探測(cè)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。它采用高重復(fù)頻率、高峰值功率的二極管泵浦固體激光器和高靈敏度的APD/PIN探測(cè)器,大多采用直接探測(cè)方式,可實(shí)現(xiàn)高分辨率的距離和強(qiáng)度成像。國(guó)外二極管泵浦固體激光成像探測(cè)系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)80年代中期,90年代后期得到迅猛發(fā)展。1986-2006年,美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)先后研制了用于子彈藥制導(dǎo)、低成本自主攻擊系統(tǒng)(LOCAAS)、小型靈巧炸彈(SSB)、巡航導(dǎo)彈的激光成像導(dǎo)引頭,它們均采用波長(zhǎng)為1.06μm二極管泵浦固體激光器。系統(tǒng)可獲得高精度、高分辨率的三維距離像和強(qiáng)度像,可完成自主制導(dǎo)、目標(biāo)識(shí)別和瞄準(zhǔn)點(diǎn)選擇等功能。其中,LOCAAS激光成像導(dǎo)引頭最大探測(cè)距離可達(dá)10km,距離分辨率為0.15m,其具有制導(dǎo)/引信一體化(GIF)的功能,不但具有先進(jìn)的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別功能,能根據(jù)預(yù)編程的目標(biāo)順序自主攻擊目標(biāo),還具有瞄準(zhǔn)點(diǎn)選擇、戰(zhàn)斗部模式選擇、最佳延時(shí)起爆等功能,能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的最大毀傷效果。圖1為L(zhǎng)OCAAS及激光成像導(dǎo)引頭和對(duì)坦克所成的距離-強(qiáng)度圖像。目前,LOCAAS激光成像導(dǎo)引頭技術(shù)已被移植到巡邏攻擊導(dǎo)彈(LAM)上。1996-2004年,該實(shí)驗(yàn)室致力于激光焦平面陣列成像探測(cè)技術(shù)的研究,先后研制了響應(yīng)波長(zhǎng)在1.1μm以下的32×32陣列探測(cè)器、響應(yīng)波長(zhǎng)為1.5μm的64×64陣列探測(cè)器和128×128陣列探測(cè)器,且每個(gè)像元都集成了距離測(cè)量和脈沖峰值測(cè)量電路,可進(jìn)行單脈沖3D(角度-角度-距離)成像,探測(cè)距離達(dá)1km,距離分辨率可達(dá)0.05m,成像速率為30Hz。1992年,美國(guó)Hercules防御電子公司研制出一臺(tái)用于制導(dǎo)和偵察,高分辨率的小型1.32μm固體激光成像雷達(dá)樣機(jī),該樣機(jī)采用光柵掃描距離成像方式,激光器采用連續(xù)波激光二極管泵浦Q開關(guān)Nd:YLF激光器,探測(cè)器采用InGaAsAPD,最大探測(cè)距離達(dá)2km,距離分辨率為0.25m。2000年,英國(guó)Thomson-Thorn導(dǎo)彈電子公司研制了對(duì)空目標(biāo)的激光成像引信樣機(jī),樣機(jī)采用三象限三光束掃描方式,可獲得目標(biāo)的距離-角度像,如圖2(a),2(b)所示。系統(tǒng)采用波長(zhǎng)為1.06μm二極管泵浦Nd:YAG微激光器,探測(cè)器采用SiAPD。系統(tǒng)在激光重復(fù)頻率為100kHz時(shí)可達(dá)0.25m的距離分辨率和5°的角分辨率。2002年,該公司又開展了三維距離成像和目標(biāo)易損部位識(shí)別的技術(shù)研究,所成三維距離像如圖2(c),2(d)所示。目前正在進(jìn)行目標(biāo)特征提取、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別和制導(dǎo)引信一體化的技術(shù)研究。2000-2003年,美國(guó)Raytheon(雷錫恩)公司開展了新型高速激光單脈沖3D成像焦平面陣列探測(cè)器的研究工作,研制了對(duì)人眼安全(響應(yīng)波長(zhǎng)為1.4~1.8μm)、高性能的10×10和64×48HgCdTeAPD焦平面陣列探測(cè)器,采用該探測(cè)器的激光成像雷達(dá)系統(tǒng)可探測(cè)到1.5km距離處直徑1cm的電線和4km外的卡車。2007年,又研制了更高性能、基于MBE的2×128HgCdTeAPD探測(cè)器,采用該探測(cè)器的激光成像雷達(dá)系統(tǒng)在高塔試驗(yàn)中獲得的3D圖像具有極佳的空間和距離分辨率。從2002開始,該公司開始為彈道導(dǎo)彈防御組織(BMDO)的下一代攔截導(dǎo)彈研制激光成像雷達(dá),如圖3所示,系統(tǒng)采用距離分辨多普勒成像(RRDI)方式,用于增強(qiáng)陸基中段防御的外大氣層攔截器的識(shí)別能力。2002-2007年,美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室研制了非掃描、單脈沖三維成像激光雷達(dá),用于探測(cè)和識(shí)別經(jīng)過偽裝或隱藏于樹林中的目標(biāo),激光器采用被動(dòng)調(diào)Q二極管泵浦Nd:YAG固體倍頻微片激光器,探測(cè)器采用32×32像元、基于蓋革模式的APD陣列(且每個(gè)像元集成了500MHzCOMS數(shù)字計(jì)時(shí)電路),系統(tǒng)能達(dá)到單脈沖成完整的3D(角度-角度-距離)圖像,成像速率為5~10kHz,距離分辨率為0.15m,對(duì)隱藏在樹林中的坦克目標(biāo)成像處理結(jié)果如圖4所示。近年來,瑞典國(guó)家防衛(wèi)研究所(FOI)一直從事二極管泵浦固體激光成像雷達(dá)技術(shù)的研究工作,在距離選通成像、3D焦平面陣列成像、目標(biāo)背景特性、目標(biāo)識(shí)別、系統(tǒng)建模仿真等方面取得了豐厚的研究成果。目前,瑞典博福斯(SaabBofors)公司正在進(jìn)行直接探測(cè)三維距離成像激光引信的研究工作,已完成三維距離成像仿真技術(shù)的研究,即將進(jìn)行激光成像引信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)工程研究。該激光成像引信將用于120Abraham防空火箭彈,如圖5所示,其引信最大探測(cè)距離為90m。1.3半導(dǎo)體激光成像雷達(dá)半導(dǎo)體激光成像探測(cè)系統(tǒng)具有體積小、重量輕、成本低、壽命長(zhǎng)、可靠性高和功耗低等優(yōu)點(diǎn),它采用半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體激光器陣列,探測(cè)器采用APD/PIN或APD陣列,大多采用直接探測(cè)方式,具有測(cè)距和目標(biāo)三維輪廓成像功能。國(guó)外半導(dǎo)體激光成像探測(cè)系統(tǒng)的研制始于20世紀(jì)80年代中期,當(dāng)時(shí)主要研究基于二維掃描的激光成像探測(cè)系統(tǒng),從90年代初,國(guó)外開始研制新一代非掃描半導(dǎo)體激光成像探測(cè)系統(tǒng)。從1985年到1990年,美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室開展了旨在探討半導(dǎo)體激光成像雷達(dá)用于武器自主制導(dǎo)傳感器可行性的一系列計(jì)劃和研究活動(dòng),并委托SEO公司研制樣機(jī)。該計(jì)劃第一階段研制了一套二極管激光測(cè)距機(jī)和一套掃描系統(tǒng),采用脈沖回波時(shí)間測(cè)距并測(cè)量反射率,系統(tǒng)最大探測(cè)距離為200m,距離分辨率為0.1m,并與圖像數(shù)據(jù)顯示和記錄硬件集成起來,在高塔上成功完成了裝甲目標(biāo)/車輛的圖像數(shù)據(jù)采集,經(jīng)處理后可得到三維偽彩色距離圖像和強(qiáng)度圖像,如圖6(a),6(b)所示。第二階段采用了24陣列半導(dǎo)體激光器和24陣列APD探測(cè)器,靠旋轉(zhuǎn)棱鏡實(shí)現(xiàn)掃描成像,采用距離和強(qiáng)度成像方式,最大探測(cè)距離可達(dá)500m,成像速率為30Hz,該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)顯示偽彩色距離圖像和強(qiáng)度像,并采用三維輪廓目標(biāo)識(shí)別和分類算法實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)識(shí)別及瞄準(zhǔn)點(diǎn)選擇,如圖6(c)所示。2006年,該實(shí)驗(yàn)室資助Aerius光電公司開始研制低成本、窄脈寬、高峰值功率的垂直腔表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(VCSELs),將用于下一代智能彈藥的激光成像探測(cè)系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代末,美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制出供低成本制導(dǎo)用的半導(dǎo)體激光成像導(dǎo)引頭,系統(tǒng)采用120mWGaAs半導(dǎo)體激光二極管、4MHz調(diào)幅體制及距離-強(qiáng)度成像方式,以4Hz幀速顯示目標(biāo)距離像和強(qiáng)度像,可完成導(dǎo)向目標(biāo)、目標(biāo)識(shí)別和分類、瞄準(zhǔn)點(diǎn)選擇等近程軍事任務(wù)。1993-1997年,又研制出一系列非掃描半導(dǎo)體激光成像雷達(dá),系統(tǒng)采用正弦調(diào)幅的半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體激光器陣列,探測(cè)器采用CCD/ICCD,通過測(cè)量相位差測(cè)距,距離成像方式,最大探測(cè)距離達(dá)1km,距離分辨率最高可達(dá)0.01m,適合于反裝甲子彈和靈巧炸彈的制導(dǎo),以及巡航導(dǎo)彈的地形匹配、地形跟蹤和避障等應(yīng)用。1998-2003年,還開展了“閃光式”非掃描半導(dǎo)體激光成像雷達(dá)的研制工作。20世紀(jì)90年代初,美國(guó)SEO公司研制了用于小型彈藥和子彈藥的激光成像導(dǎo)引頭和引信,采用兩個(gè)相隔180°的激光收發(fā)裝置,通過彈的旋轉(zhuǎn)和飛行完成二維掃描,激光器選用波長(zhǎng)為910nm的半導(dǎo)體激光器,探測(cè)器采用SiPIN,利用回波脈沖測(cè)距、三維距離成像方式,成像掃描方式如圖7所示。1995年,又研制了一種新穎的非掃描激光成像雷達(dá)系統(tǒng),通過空間/時(shí)間/波長(zhǎng)/多像素技術(shù)降低總通道數(shù),系統(tǒng)采用3個(gè)波長(zhǎng)不同的激光器,用8×8的APD陣列實(shí)現(xiàn)192像元的線陣距離成像單元,采用脈沖回波時(shí)間測(cè)距,時(shí)幅轉(zhuǎn)換(TAC)原理計(jì)時(shí),用CCD陣列作時(shí)間計(jì)量單元,可獲得192像素×192像素的距離圖像,成像速率為370Hz。美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(ARL)近10余年來一直致力于研究基于FM/CW(連續(xù)波調(diào)頻)原理的半導(dǎo)體激光成像雷達(dá),采用線性調(diào)頻連續(xù)波FM/CW半導(dǎo)體激光器和混頻探測(cè)器。1995年,研制出一種低成本、近距離的半導(dǎo)體激光成像雷達(dá)樣機(jī),系統(tǒng)采用半導(dǎo)體激光器和APD探測(cè)器,通過二維掃描可獲得80像素×80像素的距離圖像,最大探測(cè)距離為128m,距離分辨率為0.25m,適于子彈藥目標(biāo)捕獲、引信等應(yīng)用。2000年,又開發(fā)了一種非掃描線陣成像半導(dǎo)體激光雷達(dá)樣機(jī),系統(tǒng)采用半導(dǎo)體激光器和32線陣混頻MSM探測(cè)器,采用3D距離成像或4D(強(qiáng)度-x-y-z)成像方式,成像速率為50Hz,最大探測(cè)距離達(dá)200m,距離分辨率為0.25m,適用于智能子彈藥制導(dǎo)和低空飛行無人機(jī)監(jiān)視。2004年,研制出32×32焦平面陣列激光成像雷達(dá)樣機(jī)和響應(yīng)波長(zhǎng)為1.55μm的InGaAsMSM混頻探測(cè)器,拓寬了凝視式激光成像的應(yīng)用領(lǐng)域。2高靈敏度探測(cè)器技術(shù)激光成像探測(cè)系統(tǒng)涉及以下4個(gè)關(guān)鍵技術(shù),即高功率高波束質(zhì)量的輻射源技術(shù);高靈敏度探測(cè)技術(shù)與器件;目標(biāo)參量精確測(cè)量與實(shí)時(shí)成像技術(shù)和高速圖像處理與實(shí)時(shí)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)。2.1固體熱容量激光器為達(dá)到較遠(yuǎn)的探測(cè)距離,輻射源需具備高的發(fā)射功率和高的波束質(zhì)量,因此要求激光器具有高的峰值功率,并需對(duì)輸出光進(jìn)行光束整形,一般需將高斯強(qiáng)度分布的光束整形為平頂強(qiáng)度分布的光束。對(duì)于CO2激光成像探測(cè)系統(tǒng),由于其主要采用相干探測(cè)技術(shù),還要求其激光器具有高的頻率穩(wěn)定性。對(duì)于二極管泵浦固體激光成像探測(cè)系統(tǒng),要求其激光器具有高峰值功率、高脈沖重復(fù)頻率和窄脈沖寬度,最近微片固體激光器的研制成功,為對(duì)體積要求嚴(yán)格的激光成像制導(dǎo)和激光成像引信提供理想激光輻射源創(chuàng)造了前提。對(duì)于半導(dǎo)體激光成像探測(cè)系統(tǒng),要求其激光器具有高功率和窄波束,這不僅需要大功率的激光二極管或半導(dǎo)體激光器陣列,而且需要采用微型光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)光束準(zhǔn)直。2.2co激光成像探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)于激光成像探測(cè)系統(tǒng)接收機(jī)而言,其靈敏度取決于所采用的探測(cè)技術(shù)和探測(cè)器件的靈敏度。對(duì)激光回波信號(hào)的探測(cè)分為相干探測(cè)和直接探測(cè)。相干探測(cè)是將激光回波信號(hào)和某一參考信號(hào)混頻后,再經(jīng)探測(cè)器接收。直接探測(cè)是將接收的激光能量聚焦到光敏元件上,產(chǎn)生與入射功率成正比的電壓或電流。從理論上,相干探測(cè)技術(shù)優(yōu)于直接探測(cè)技術(shù),但在實(shí)際應(yīng)用中,還要考慮應(yīng)用背景、技術(shù)難度、復(fù)雜性、可靠性、體積、質(zhì)量和成本等因素。CO2激光成像探測(cè)系統(tǒng)主要采用相干探測(cè)技術(shù),采用HgCdTe單元或陣列探測(cè)器,因此提高相干探測(cè)的效率和開發(fā)HgCdTe陣列探測(cè)器件是目前CO2激光成像探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于二極管泵浦固體激光和半導(dǎo)體激光成像探測(cè)系統(tǒng),大多采用直接探測(cè)技術(shù),采用APD/PIN單元探測(cè)器或CCD面陣探測(cè)器或APD陣列探測(cè)器,因此開發(fā)高靈敏度和工作在人眼安全激光波段的陣列探測(cè)器是其技術(shù)關(guān)鍵。2.3測(cè)量原理及方法目標(biāo)參量精確測(cè)量與實(shí)時(shí)成像技術(shù)是激光成像探測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。能否精確測(cè)量目標(biāo)的距離、速度和強(qiáng)度等參量信息,直接影響到成像的分辨率及圖像的可用性。而能否達(dá)到實(shí)時(shí)成像,影響到后續(xù)圖像處理、目標(biāo)識(shí)別及分類的開展,直接關(guān)系到激光成像探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。要實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)參量的精確測(cè)量,有多種測(cè)量原理可供選擇,比如對(duì)距離的測(cè)量,就有三角測(cè)距、脈沖測(cè)距、相位測(cè)距和FM/CW測(cè)距等多種手段。對(duì)于某一種測(cè)量原理,又有多種實(shí)現(xiàn)方法,如脈沖測(cè)距原理中對(duì)回波時(shí)間的測(cè)量,就有高速計(jì)數(shù)法、基于時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換(TDC)芯片的測(cè)量法、基于模擬技術(shù)的時(shí)幅轉(zhuǎn)換(TAC)法和基于數(shù)字信號(hào)處理的時(shí)延估計(jì)等方法。在實(shí)際應(yīng)用中,要綜合考慮每種測(cè)量原理及實(shí)現(xiàn)方法的精度、實(shí)時(shí)性以及技術(shù)復(fù)雜性等多種因素。此外,為達(dá)到實(shí)時(shí)成像,可采取提高掃描速率、采用高速信號(hào)處理手段或采用陣列探測(cè)等技術(shù)措施。在獲取到目標(biāo)各點(diǎn)參量數(shù)據(jù)后,還需采取如坐標(biāo)變換、畸變校正、數(shù)據(jù)編碼等技術(shù)手段,將各點(diǎn)的參量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像格式的數(shù)據(jù),以提高準(zhǔn)確性。2.4圖像相關(guān)識(shí)別高速圖像處理與實(shí)時(shí)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)是激光成像探測(cè)系統(tǒng)完成目標(biāo)發(fā)現(xiàn)及跟蹤、目標(biāo)分類及識(shí)別、瞄準(zhǔn)點(diǎn)選擇和作戰(zhàn)效果評(píng)估等功能的關(guān)鍵技術(shù)。圖像處理一般包括圖像預(yù)處理(數(shù)據(jù)平滑、輪廓加強(qiáng)和畸變校正等)、圖像分割和圖像特征提取等過程。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的激光成像探測(cè)系統(tǒng),需綜合考慮算法的效果和實(shí)時(shí)性,一般選擇方法成熟和便于硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的算法。目前,基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、小波變換等圖像處理算法并采用高速并行的DSP和FPGA芯片實(shí)現(xiàn)是研究的熱點(diǎn)。目標(biāo)圖像識(shí)別方法主要有圖像相關(guān)法、模式識(shí)別法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。圖像相關(guān)識(shí)別是將目標(biāo)圖像和參考圖像進(jìn)行相關(guān)處理,根據(jù)相關(guān)值大小作為識(shí)別目標(biāo)的依據(jù),根據(jù)實(shí)現(xiàn)方法又可分為數(shù)字相關(guān)匹配、光學(xué)相關(guān)匹配和光電混合相關(guān)。模式識(shí)別法是基于目標(biāo)特征矢量的識(shí)別方法,其關(guān)鍵是目標(biāo)特征提取和特征選擇,進(jìn)一步可分為聚類分析法、距離分析法和貝葉斯法等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是利用可調(diào)節(jié)的線性網(wǎng)絡(luò)互連的,分層或多層非線性單元列陣完成識(shí)別任務(wù)。目前,基于數(shù)字相關(guān)匹配、光電混合相關(guān)的目標(biāo)圖像識(shí)別方法具有廣闊的發(fā)展前景,特別是在滿足實(shí)時(shí)目標(biāo)識(shí)別方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。3激光成像探測(cè)系統(tǒng)的研究鑒于國(guó)外激光