基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统及方法，该方法首先设置一系列阶梯变化的干扰激光功率，并在每一干扰激光功率下，得到CCD探测器在正交放置情况下的灰度图像；然后采用正交补偿对等功率条件下的图像进行数据融合，最后对融合图像按照线性关系进行补偿叠加，得到最终图像分布信息，并根据最终图像分布信息得到CCD靶面激光能量分布信息。本发明专利技术应用于激光能量测量技术领域，基于CCD探测器开展了靶面激光能量分布的测量，除了激光干扰效应测试过程中常用的器件外，不需要其他额外的仪器设备。同时，测量动态范围只受CCD探测器的损伤阈值影响，因此具有很强的拓展性，在激光干扰效应的实验测试中具有很好的实用价值。有很好的实用价值。有很好的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及激光能量测量
，具体是一种基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统及方法。

技术介绍

[0002]激光空间能量分布的测量是激光光学领域十分重要的研究课题。由于激光空间能量分布包含了非常丰富的光束质量信息，对其进行准确测量是评估光束质量的前提。随着CCD在图像采集和光电测量的广泛应用，以面阵CCD为探测器的参数测量方法体现出巨大的优势。
[0003]然而在进行激光光斑的采集和分析时，由于CCD很容易出现饱和，对应的测量动态范围有限，往往不能满足实际应用需求。目前广泛使用的基于CCD探测器的激光光束分析仪，主要通过对激光进行衰减来确保CCD不出现饱和现象，只测量光束尖峰部分的光强分布，对激光衍射等复杂图像测量却无能为力。因此如何提高CCD的测量动态范围，成为解决激光光斑能量分布测量的一个关键。
[0004]同时，由于CCD在激光辐照情况下很容易出现串扰现象，如最为典型的串扰线，这也会带来能量分布的信息丢失。为了避免串扰线的产生，可以通过延长积分时间来提高串扰线产生的相对阈值，但会带来背景信号的增强，进而降低CCD的测量动态范围。因此如何消除串扰线的影响，也是实现激光光斑测量需要解决的一个难题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中CCD探测器测量靶面激光能量分布存在动态范围太小的问题，本专利技术提供一种基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统及方法，该方法在采集不同激光功率和不同拍摄条件下激光能量分布数字灰度图像的基础上，通过对数据的融合处理，得到动态范围更大的靶面激光能量分布。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统，包括：
[0007]激光器，用于发射激光；
[0008]光阑，位于所述激光器的出射光路上，用于对激光起到起到限制作用；
[0009]可调衰减器件，位于所述光阑的出射光路上，用于调节出射激光的功率；
[0010]分束器件，位于所述可调衰减器件的出射光路上，以将激光分束为一路激光与二路激光；
[0011]激光功率计，位于所述一路激光的出射光路上，用于测得一路激光的功率；
[0012]CCD探测器，位于所述二路激光的出射光路上，用于得到激光的测试图像；
[0013]图像采集计算机，与所述CCD探测器电连接，用于根据激光的测试图像得到激光能量分布信息。
[0014]在另一个实施例，所述可调衰减器件包括：
[0015]偏振分束器，用于将激光分束为s偏振光与p偏振光；
[0016]第一衰减单元，位于s偏振光的光路上，用于对s偏振光进行能量衰减并输出衰减后的s偏振光；
[0017]第二衰减单元，位于p偏振光的光路上，用于对s偏振光进行能量衰减并输出衰减后的p偏振光；
[0018]偏振合束器，用于将衰减后的s偏振光与p偏振光合束并输出。
[0019]在另一个实施例，所述第一衰减单元包括第一旋转偏振器件与第一固定偏振器件；
[0020]所述第一旋转偏振器件具有旋转的行程，且当所述第一旋转偏振器件的偏振方向与所述s偏振光的偏振方向相同时，所述第一旋转偏振器件的旋转角度为0；
[0021]第一固定偏振器件的偏振方向与所述s偏振光的偏振方向相同，且所述第一旋转偏振器件位于所述第一固定偏振器件与所述偏振分束器之间。
[0022]在另一个实施例，所述第二衰减单元包括第二旋转偏振器件与第二固定偏振器件；
[0023]所述第二旋转偏振器件具有旋转的行程，且当所述第二旋转偏振器件的偏振方向与所述p偏振光的偏振方向相同时，所述第二旋转偏振器件的旋转角度为0；
[0024]第二固定偏振器件的偏振方向与所述p偏振光的偏振方向相同，且所述第二旋转偏振器件位于所述第二固定偏振器件与所述偏振分束器之间。
[0025]为实现上述目的，本专利技术还提供一种基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量方法，采用上述CCD靶面激光能量分布测量系统，所述CCD靶面激光能量分布测量方法包括如下步骤：
[0026]步骤1，搭建CCD靶面激光能量分布测量系统，设置一系列阶梯变化的干扰激光功率作为激光器的输出功率；
[0027]步骤2，在每一干扰激光功率下，得到CCD探测器在X方向、Y方向正交放置情况下的灰度图像，分别为图像X与图像Y，即得到图像X序列与图像Y序列；
[0028]步骤3，采用正交补偿对等功率条件下的图像X与图像Y进行数据融合，得到融合图像，并在完成所有功率条件下的数据融合后得到融合图像序列；
[0029]步骤4，对融合图像序列中的各融合图像按照线性关系进行补偿叠加，得到最终图像分布信息，并根据最终图像分布信息得到CCD靶面激光能量分布信息。
[0030]在另一个实施例，步骤1中，所述设置一系列阶梯变化的干扰激光功率作为激光器的输出功率，具体为：
[0031]步骤1.1，关闭激光器在CCD探测器正常工作的情况下采集背景图像；
[0032]步骤1.2，基于背景图像得到背景噪声阈值灰度G
b
，并查看CCD的饱和阈值灰度G
s
，得到线性响应灰度范围为[G
b
,G
s
]，并进一步得到动态范围比例为R
G
＝G
s
/G
b
；
[0033]步骤1.3，设置一系列阶梯变化的干扰激光功率为P0、P1、P2、
···
、P
n
，并使得R
Li
＝P
i
/P
i
‑1<R
G
，其中，n表示干扰激光功率的总数，P
i
表示第i个干扰激光功率。
[0034]在另一个实施例，步骤2中，在得到图像X与图像Y后，还需要对图像X与图像Y进行预处理，包括剔除背景噪声、剔除饱和区和剔除串扰区，具体为：
[0035]将图像X与图像Y中灰度值低于G
b
的像素点定义灰度值为0、将图像X与图像Y中灰
度值等于G
s
的像素点定义灰度值为0、将图像X与图像Y中发生串扰的所有列所在像素点定义灰度值为0。
[0036]在另一个实施例，步骤3中，所述采用正交补偿对等功率条件下的图像X与图像Y进行数据融合，具体为：
[0037]将图像Y旋转90
°
，得到修正后的图像Y，然后将图像X中串扰区的灰度值采用修正后的图像Y在对应位置处的灰度值进行替代，获得修正后的图像X，即融合图像。
[0038]在另一个实施例，步骤4中，所述对融合图像序列中的各融合图像按照线性关系进行补偿叠加，具体为：
[0039]选取干扰激光功率为P0时的融合图像作为基础数据，对于干扰激光功率为P1的融合图像，其饱和区的灰度值采用P0的融本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统，其特征在于，包括：激光器，用于发射激光；光阑，位于所述激光器的出射光路上，用于对激光起到起到限制作用；可调衰减器件，位于所述光阑的出射光路上，用于调节出射激光的功率；分束器件，位于所述可调衰减器件的出射光路上，以将激光分束为一路激光与二路激光；激光功率计，位于所述一路激光的出射光路上，用于测得一路激光的功率；CCD探测器，位于所述二路激光的出射光路上，用于得到激光的测试图像；图像采集计算机，与所述CCD探测器电连接，用于根据激光的测试图像得到激光能量分布信息。2.根据权利要求1所述基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统，其特征在于，所述可调衰减器件包括：偏振分束器，用于将激光分束为s偏振光与p偏振光；第一衰减单元，位于s偏振光的光路上，用于对s偏振光进行能量衰减并输出衰减后的s偏振光；第二衰减单元，位于p偏振光的光路上，用于对s偏振光进行能量衰减并输出衰减后的p偏振光；偏振合束器，用于将衰减后的s偏振光与p偏振光合束并输出。3.根据权利要求2所述基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统，其特征在于，所述第一衰减单元包括第一旋转偏振器件与第一固定偏振器件；所述第一旋转偏振器件具有旋转的行程，且当所述第一旋转偏振器件的偏振方向与所述s偏振光的偏振方向相同时，所述第一旋转偏振器件的旋转角度为0；第一固定偏振器件的偏振方向与所述s偏振光的偏振方向相同，且所述第一旋转偏振器件位于所述第一固定偏振器件与所述偏振分束器之间。4.根据权利要求2或3所述基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量系统，其特征在于，所述第二衰减单元包括第二旋转偏振器件与第二固定偏振器件；所述第二旋转偏振器件具有旋转的行程，且当所述第二旋转偏振器件的偏振方向与所述p偏振光的偏振方向相同时，所述第二旋转偏振器件的旋转角度为0；第二固定偏振器件的偏振方向与所述p偏振光的偏振方向相同，且所述第二旋转偏振器件位于所述第二固定偏振器件与所述偏振分束器之间。5.一种基于图像融合的CCD靶面激光能量分布测量方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述CCD靶面激光能量分布测量系统，所述CCD靶面激光能量分布测量方法包括如下步骤：步骤1，搭建CCD靶面激光能量分布测量系统，设置一系列阶梯变化的干扰激光功率作为激光器的输出功率；步骤2，在每一干扰激光功率下，得到CCD探测器在X方向、Y方向正交放置情况下的灰度图像，分别为图像X与图像Y，即得到图像X序列与图像Y序列；步骤3，采用正交补偿对等功率条件下的图像X与图像Y进行数据融合，得到融合图像，并在完成所有功率条件下的数据融合后得到融合图像序列；
步骤4，对融合图像序...

【专利技术属性】
技术研发人员：周旋风，王彦斌，韩文彬，蒋健，周含冰，屈东胜，蒋成龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三八九二部队，
类型：发明
国别省市：