大气激光光斑图像处理技术研究-激光聚焦光斑大小.docx

大气激光光斑图像处理技术研究|激光聚焦光斑大小摘要：激光大气中传输时由于折射率梯度和湍流效应造成激光光斑重心的弯曲和漂移，通过对外场光斑的分析处理来是研究激光大气传输效应的重要方法，通过CCD接收外场光斑图像，通过matlab处理CCD接收到的近场和外场光斑图像，最后对影响光斑处理结果的方法进行了分析，并采用matlab编制了光斑处理界面。Abstract:Laserwillbentandwonderinatmospheretransmissionbecauseofatmosphericrefractiveindexgradientandturbulenceeffect.Themethodtoprocessthelaserspotisimportantforstudingtheatmosphericcharacteroflaser.ThespotsreceivedbyCCDreceiver.Theimagesareprocessedwithmatlab.AtlastthespotsprocessingeffectingfactorsarediscussedandprocessinginterfaceisprogrammedwithmatlabGUI.关键词：激光光斑；二值化；灰度阈值；光斑处理界面Keywords:laserspots；binarization；gray-levelthreshold；spotsprocessinginterface中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）24-0219-020引言激光光束在大气中传输时受大气折射率的不均匀分布和随机分布而发生弯曲和漂移，为了定量地研究光束在实际大气中的传输特性，在外场实验中得到了一系列的光斑图像，光斑图像反映了光束在实际大气中的弯曲和漂移特性，因此光斑图像的精确处理对于后期的理论分析有很大的影响。利用MATLAB对每组图像的进行二值化[1]和滤波等处理后，对图片求重心，在光斑重心的基础上，求每组光斑重心的方差，利用每组光斑重心方差分析光斑的重心漂移情况，从而分析激光束在实际大气中传输时受大气环境的随机影响情况，理论上光斑重心的垂直方差比水平方差大，即光斑重心垂直漂移比水平漂移大，这是因为由于大气折射率的垂直梯度要比水平梯度大的多的原因，大气中光束的漂移主要来源于折射率的随机漂移。远场实验采用红外CCD接收激光光斑，CCD像元数574×768灰度等级256，像元尺寸为8.3μm×8.6μm，远场实验同样分为4小组，4组实验气象条件相同，但是激光器距靶标的距离不同，分别为492.4657米、968.4631米、1737.32米和495.2821米。第1组和第2组实验装置方位角保持不变，第3组和第4组重新调整了方位角后保持不变。1远场激光光斑图像处理1.1激光光斑图像远场光斑因为可见光背景的影响，需通过一定的阈值来分割激光光斑和背景光斑。不同距离处的原始图像及激光光斑图象如图1所示。1.2光斑截取区域对重心的影响当背景局部的可见光强较大时，为了尽可能减小背景可见光的影响需要有效截取光斑区域，其次实际光斑图像只占整个图像区域的一部分，因此只需要对包含光斑的一定大小的区域采取处理以提高运算速度，就以远场第4组一张光斑图像为例，分析光斑截取区域对光斑重心的影响。由表1可以看出，截取激光光斑区域会对光斑重心坐标产生影响，对4组图像截取区域时，要根据光斑形状合适选择。1.3灰度阈值对光斑重心的影响灰度阈值的选取也是很重要的，不同的阈值对光斑的重心和方差都有影响，不同阈值得到的光斑形状差异是很明显的。具体的重心坐标见表2。由表2可以看到，光斑的重心水平坐标对灰度阈值比较敏感，而垂直坐标相对变化较小，对灰度的敏感实质上是对光强的敏感，光斑光强则主要取决于靶标处的棱镜反射率，因此，棱镜的形状及放置位置对光束的发射强度造成了影响，从而导致在某一方向光强变化比较明显。因此所求得的光斑漂移方差与棱镜的形状和位置有关。2光斑图像处理界面采用matlab设计图形用户界面有两种方法[2]，一是使用程序（M文件）编写的方式建立GUI；二是利用GUIDE设计图形用户界面，第一种方法在调整图形组件位置时需要花费较长的时间，本文采用第2种方法。图形用户界面GUI（GraphicsUserInterface）是由各种图形对象，如图形窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象构成的用户界面，在GUIDE平台下可实现对用户自定义界面的菜单、快捷菜单以及各种控件的位置布置及其属性编辑，从而设计出自定义的图形用户界面。利用matlab编制光斑处理界面，可以直观地检测光斑处理过程，发现并处理误差较大的光斑，从而保证结果的精度。图2为matlab界面设计流程。图3为编制的matlab近