车载主动式红外激光夜视成像系统的研究

论文摘要

汽车在夜间行驶时,由于普通汽车照明光照射距离不远,驾驶员视距较短,缩短了司机的应急反应时间,使得驾车危险性大大增加。为此,开发新型汽车红外夜视系统已成为业界人士的共识。针对目前市场上的夜视系统结构复杂,价格昂贵、抗干扰性能较差及传统主动式夜视系统的不足,本课题进行了系统分析并提出创新性的解决方案,设计了一种性能稳定、抗干扰能力强、图像信噪比高、性价比高、适用性强的主动式红外偏振激光夜视成像系统。本文主要研究特色及创新点如下:1.采用激光、偏振光、光学滤波以及调制等多种技术集成,研制成功一种抗干扰能力强、图像清晰度的高性能主动式红外偏振激光夜视成像系统。2.基于偏振消光的原理,采用偏振光成像技术有效消除了迎面汽车同类夜视系统光源的影响,解决了会车时同波长激光干扰这一至今尚未解决的技术难题,获得了清晰图像,并申请发明专利《主动式红外偏振激光夜视成像仪》(公开号:CN1975550A)。3.利用普通CCD对红外808nm波长有一定的光谱响应特性,选用普通黑白CCD而非红外CCD,大大降低了成本,有利于推广应用。4.采用808nm近红外激光而非用普通光源或LED作为光源,有效提高了夜视系统的工作距离;经过理论计算与分析,将激光功率密度控制在安全阈值内,避免了所用激光对人眼的损伤,既满足了成像激光能量要求又符合激光安全国家标准。5.采用经调制的脉冲激光束产生特定频率的光电流成像而非直流成像技术,进一步提高了图像信噪比,并设计了专用的调制电路。6.采用808nm窄带滤光片光学滤波技术,有效滤除了非成像波长的背景光及迎面车灯的强光干扰,进一步增强夜视系统的抗干扰能力、提高了成像质量。本文的主要内容如下:1.阐述了课题的研究背景和意义,对三大类夜视系统及其国内外研究进展进行分析比较。2.对主动式夜视系统原理进行理论分析,并对系统的光源、迎面光照影响、震动等几个关键技术问题进行分析解决。3.对主动式夜视系统进行光学仿真设计,确定扩束系统的参数后进行实验分析,验证了偏振消光的可行性,成功实现了夜视系统的夜视功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的学术背景
• 1.2 夜视系统的分类介绍
• 1.2.1 微光夜视系统
• 1.2.2 热成像夜视系统
• 1.2.3 主动式红外夜视系统
• 1.3 国内外研究进展
• 1.4 本课题研究的目的和意义
• 第2章 主动式夜视系统
• 2.1 基本结构及优缺点
• 2.2 红外辐射与红外成像
• 2.2.1 红外辐射
• 2.2.2 红外成像
• 2.3 光电检测方法
• 2.3.1 CMOS图像传感器
• 2.3.2 CCD图像传感器
• 2.3.3 CCD与CMOS的比较
• 2.3.4 摄像机的选定
• 2.3.5 图像采集卡的选用
• 2.4 主动式夜视系统主要技术问题
• 2.4.1 光源问题
• 2.4.2 迎面强光干扰问题
• 2.4.3 两车相遇问题
• 2.4.4 震动问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 光源问题及解决方案
• 3.1 光源选择
• 3.1.1 白炽灯
• 3.1.2 氙灯
• 3.1.3 砷化镓发光二极管
• 3.1.4 砷化镓激光二极管
• 3.2 光源波长选择
• 3.3 激光安全问题
• 3.3.1 激光安全国家标准
• 3.3.2 安全激光的选择
• 3.4 激光调制
• 3.4.1 激光的调制技术
• 3.4.2 频率调制
• 3.4.3 半导体激光器（LD）调制原理
• 3.4.4 调制电路设计及仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 迎面光照影响及解决方案
• 4.1 可见光影响
• 4.1.1 可见光问题
• 4.1.2 滤光片的使用
• 4.2 同波长光源影响
• 4.2.1 偏振光
• 4.2.2 偏振消光
• 4.2.3 偏振光的反射
• 4.3 夜视系统中偏振消光的理论分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 震动问题的研究
• 5.1 震动问题
• 5.2 解决方案
• 5.2.1 减震器
• 5.2.2 电子防震
• 5.2.3 光学防震
• 5.3 本章小结
• 第6章 夜视系统的光学仿真设计
• 6.1 ZEMAX仿真软件
• 6.2 扩束系统仿真与设计
• 6.2.1 初始扩束
• 6.2.2 扩束系统的优化设计
• 6.2.3 夜视发送系统仿真
• 6.3 本章小结
• 第7章 主动式夜视系统的实验分析
• 7.1 总体设计方案
• 7.1.1 发送系统
• 7.1.2 接收系统
• 7.2 偏振消光的实验分析
• 7.3 便携式夜视系统的设计
• 7.4 本章小结
• 第8章 结论和展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文及专利
• 致谢