一種基于面陣ccd的光柵型激光告警方法
【專利摘要】本發明提供一種基于面陣CCD的光柵型激光告警方法，具體步驟為：設計包括閃耀光柵結構、透鏡組(4)和面陣CCD(5)的探測器，其中所述閃耀光柵結構主要由閃耀光柵A(1)、閃耀光柵B(2)及透射材料(3)組成，所述閃耀光柵A(1)和閃耀光柵B(2)相同，且分別反向固連于透射材料(3)的兩端；判斷存在來襲激光時，獲取當前圖像上零級衍射光斑和±1級衍射光斑，并計算三個衍射光斑中心點坐標；根據所述中心點坐標位置，計算來襲激光的波長λ、方位角a和俯仰角γ，然后將其傳輸出去，實現激光告警。該方法結合前置的探測器，以實現對來襲激光圖像的快速處理，獲取其波長及方位角等信息。
【專利說明】—種基于面陣CCD的光柵型激光告警方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及一種圖像處理方法，具體涉及一種基于面陣CXD的光柵型激光告警方法。
技術背景
[0002]激光技術在過去的幾十年里得到了迅猛的發展，在國民經濟及軍事領域得到了廣泛的應用。特別是在軍事領域中，激光制導、激光測距以及激光武器等已經大量應用于部隊，在現代化戰場上的對敵方的精確制導，精確打擊能力，發揮了重要的軍事作用，同時也對我方重要的軍事目標及武器平臺構成了日趨嚴重的威脅。激光告警系統是用來截獲、測量、識別敵方來襲激光信號并實現自動告警的偵查設備，在現代化戰場上，可對敵方激光源進行實時告警，并準確識別來襲激光的波長和入射方位角，世界各軍事強國都十分重視激光告警系統的研究及應用，因此開展激光告警技術具有重要意義。而激光告警技術中，最關鍵的就是能否獲取來襲的激光，并對激光的波長和方位角做出精確的判斷，因此，激光告警的圖像處理就顯得尤為重要。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提出一種基于面陣CCD的光柵型激光告警方法，該方法結合前置的探測器，以實現對來襲激光圖像的快速處理，獲取其波長及方位角等信息。
[0004]實現本發明的技術方案如下:
[0005]一種基于面陣CCD的光柵型激光告警方法，具體步驟為:
[0006]步驟一、設計包括閃耀光柵結構、透鏡組(4)和面陣CXD (5)的探測器，其中所述閃耀光柵結構主要由閃耀光柵A (I)、閃耀光柵B (2)及透射材料(3)組成，所述閃耀光柵A (I)和閃耀光柵B(2)相同，且分別反向固連于透射材料(3)的兩端；
[0007]步驟二、計算面陣CXD當前采集的圖像上各像素值的均值，根據所述均值設定比較閾值，將面陣CCD當前采集的圖像與所述比較閾值進行比較，判斷是否存在來襲激光；若否，則等待下一幅圖像，否則進入步驟三；
[0008]步驟三、獲取當前圖像上零級衍射光斑和土 I級衍射光斑，并計算三個衍射光斑中心點坐標；
[0009]步驟四、根據所述中心點坐標位置，計算來襲激光的波長λ、方位角a和俯仰角
Y，然后將其傳輸出去，實現激光告警。
[0010]進一步地，本發明步驟四計算為:
[0011]U = arctan(,)(1)
[0012]r arclan(^)(2)
[0013]λ = ?/lsin arctan( —) +sin arctan(—) I(3)
I L /」L / JJ
[0014]其中，x0為零級衍射光斑中心點的橫坐標，X1為一級衍射光斑中心點的橫坐，y為零級衍射光斑中心點與面陣CCD中心線之間的距離，d為衍射光柵結構的光柵常數，f為透鏡組的焦距。
[0015]進一步地，本發明所述步驟二的具體過程為:
[0016]首先，計算面陣CCD當前采集的圖像上各像素值的均值，將比較閾值設定為該均值的1.5倍；
[0017]其次，將面陣C⑶當前采集圖像上每一點的像素值與所述比較閾值進行比較，舍棄小于所述比較閾值的像素點；
[0018]再次，判斷剩余的像素點形成三個區域且三個區域的中心在同一水平線上是否成立，若是，則判定存在來襲激光，進入步驟三、否則判定不存在來襲激光，等待下一幅圖像。
[0019]進一步地，本發明在步驟三獲取三個光斑中心點的坐標之后，還需要根據閃耀光柵結構的一些特征來驗證是否存在來襲激光，以降低虛警率，兩個驗證條件為:(1)判斷零級衍射光斑與±1級級衍射光斑的像素峰值之比是否在設定的范圍內，所述設定范圍由光柵衍射效率確定；(2)判斷零級衍射光斑中心點到±1級衍射光斑中心點的距離差是否小于設定的最大距離差；當上述兩條件皆滿足時，則判定存在來襲激光，此時進入步驟四，否則等待下一幅圖像。
[0020]有益效果
[0021]第一、本發明采用兩個完全相同的閃耀光柵反向對接，有效提高一級衍射的效率，同時保證正一級與負一級衍射的效率相同；同時，本發明兩閃耀光柵中間采用遠大于光柵常數的透射材料連接，被測激光通過透射材料時無衍射，因此該結構可有效提高整個光柵結構的零級衍射效率；因此本發明光柵能量主要集中在零級和正負一級，有利于激光告警方法的準確度和靈敏度。
[0022]第二、本發明采用閃耀光柵機構簡單，其無需活動機械部件，可靠性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1本發明激光告警方法的流程圖；
[0024]圖2本發明前置探測器的結構示意圖；
[0025]圖3本法閃耀光柵結構的示意圖；
[0026]圖4獲取的激光衍射圖像。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0028]如圖1所示，本發明種基于面陣CCD的光柵型激光告警方法，具體步驟為:
[0029]步驟一、設計包括閃耀光柵結構、透鏡組(4)和面陣CXD(5)的探測器，如圖2和圖3所示，其中所述閃耀光柵結構主要由閃耀光柵A (I)、閃耀光柵B (2)及透射材料(3)組成，所述閃耀光柵A(I)和閃耀光柵B(2)相同，且分別反向固連于透射材料(3)的兩端。
[0030]由于現有閃耀光柵零級衍射光斑強度較弱，這樣對判別激光入射方向會造成較大影響，本發明在兩閃耀光柵之間設置透射材料，使得激光不經過衍射直接透射，因此可以很好增強零級衍射光斑的強度；同時本發明閃耀光柵A(I)與閃耀光柵B(2)采用的材料、閃耀波長、閃耀角及光柵常數完全相同，確保兩閃耀光柵的一級衍射角和衍射效率相同，保證一級衍光斑可匯聚到焦平面探測器的相同位置。同時，本發明閃耀光柵A(I)與閃耀光柵B(2)結構關于透射材料(3)完全對稱，這樣可以實現兩閃耀光柵的正負一級衍射效率互補，整體提高一級衍射效率；因此可以使后續提取光斑區域和光斑中心更為準確。
[0031]步驟二、計算面陣CXD當前采集的圖像上各像素值的均值，根據所述均值設定比較閾值，將面陣CCD當前采集的圖像與所述比較閾值進行比較，判斷是否存在來襲激光；若否，則等待下一幅圖像，否則進入步驟三。具體過程為:
[0032]首先，計算面陣CCD當前采集的圖像上各像素值的均值，將比較閾值設定為該均值的1.5倍；
[0033]其次，將面陣C⑶當前采集圖像上每一點的像素值與所述比較閾值進行比較，舍棄小于所述比較閾值的像素點，保留大于所述比較閾值的像素點；
[0034]再次，若存在來襲激光經過閃耀光柵結構，則零級衍射和I級衍射的衍射效率較高，因此會在圖像上存在三個光斑，且三個光斑的中心在同一水平線上，因此本步驟中判斷剩余的像素點形成三個區域且三個區域的中心在同一水平線上是否成立，如圖4所示，若是，則判定存在來襲激光，進入步驟三、否則判定不存在來襲激光，等待下一幅圖像。
[0035]該步驟進行判斷主要是為了防止噪聲的影響，以免將噪聲信號誤認成來襲激光。
[0036]步驟三、獲取當前圖像上零級衍射光斑和土 I級衍射光斑，并計算三個衍射光斑中心點坐標；
[0037]由于來襲激光經過閃耀光柵結構，因此會發生衍射，本發明對閃耀光柵結構進行特殊設計，在圖像上零級衍射光斑和±1級衍射光斑的衍射效率較高，因此可以快速準確地在圖像上提取到零級衍射光斑和±1級衍射光斑。
[0038]步驟四、根據所述中心點坐標位置，計算來襲激光的波長λ、方位角a和俯仰角
Y，然后將其傳輸出去，實現激光告警。
[0039]a = arclanCy)O)
[0040]r = arctanl^；)(2)
[0041]λ = a'jsin arctan(,) +sin u/ttdn(,) |(3)
[0042]其中，x0為零級衍射光斑中心點的橫坐標，X1為一級衍射光斑中心點的橫坐，y為零級衍射光斑中心點與面陣CCD中心線之間的距離，d為衍射光柵結構的光柵常數，f為透鏡組的焦距。
[0043]根據計算的激光波長可以確定來襲激光武器的類型，根據計算的方位角和俯仰角可以確定激光的位置，從而完成激光告警。
[0044]本發明雖然在步驟二進行了判斷，但是可能還會存在誤判的情況，因此在步驟三獲取三個光斑中心點的坐標之后，還需要根據閃耀光柵結構的一些特征來驗證是否存在來襲激光，以降低虛警率，兩個驗證條件為:(1)由于采用的是閃耀光柵結構，激光的衍射光斑中零級衍射點的光斑強度最大，并且根據光柵的衍射效率，零級衍射效率與±1級衍射效率之間存在比值關系，因此以該比值為中心，設定一定范圍，判斷零級衍射光斑與±1級級衍射光斑的像素峰值之比是否在設定的范圍內；(2)正常情況下，零級衍射光斑中心點到+1級衍射光斑中心點的距離、與零級衍射光斑中心點到-1級衍射光斑中心點的距離應該相等，因此判斷零級衍射光斑中心點到±1級衍射光斑中心點的距離差是否小于設定的最大距離差；當上述兩條件皆滿足時，則判定存在來襲激光，此時進入步驟四，否則等待下一幅圖像。
[0045]本發明獲取當前圖像上零級衍射光斑和土 I級衍射光斑，并計算三個衍射光斑中心點坐標，可以較佳的采用如下步驟實現:
[0046](I)統計當前采集的圖像中每一行的行閾值，選取超過閾值點數最多的行記為光斑中心所在行；
[0047](2)在選定行之后，對該行像素信息進行分析，求出該行像素點的最大像素值，根據最大像素值選取一定的閾值，以該閾值為界限對圖像進行二值化。
[0048](3)對二值化之后的圖像，分別提取三個衍射光斑的區域，確定不同區域的中心，即為光斑的中心點。
[0049]此處所說明的附圖及實施例僅用以說明本發明技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了較詳細的說明，所屬領域的技術人員應當理解；依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。
【權利要求】
1.一種基于面陣CCD的光柵型激光告警方法，其特征在于，具體步驟為: 步驟一、設計包括閃耀光柵結構、透鏡組(4)和面陣CCD (5)的探測器，其中所述閃耀光柵結構主要由閃耀光柵A(I)、閃耀光柵B(2)及透射材料(3)組成，所述閃耀光柵A(I)和閃耀光柵B(2)相同，且分別反向固連于透射材料(3)的兩端； 步驟二、計算面陣CCD當前采集的圖像上各像素值的均值，根據所述均值設定比較閾值，將面陣CCD當前采集的圖像與所述比較閾值進行比較，判斷是否存在來襲激光；若否，則等待下一幅圖像，否則進入步驟三； 步驟三、獲取當前圖像上零級衍射光斑和±1級衍射光斑，并計算三個衍射光斑中心點坐標； 步驟四、根據所述中心點坐標位置，計算來襲激光的波長λ、方位角a和俯仰角Y，然后將其傳輸出去，實現激光告警。
2.根據權利要求1所述基于面陣CCD的光柵型激光告警方法，其特征在于，步驟四計算為: a - arc tan 今)(1 ) Y- arclan(—)(2)
f' λ = ?\ sin arctan(—) +sin arctan(—) I(3; I L /」L / JJ 其中，X0為零級衍射光斑中心點的橫坐標，X1為一級衍射光斑中心點的橫坐，I為零級衍射光斑中心點與面陣CCD中心線之間的距離，d為衍射光柵結構的光柵常數，f為透鏡組的焦距。
3.根據權利要求1所述基于面陣CCD的光柵型激光告警方法，其特征在于，所述步驟二的具體過程為: 首先，計算面陣CCD當前采集的圖像上各像素值的均值，將比較閾值設定為該均值的1.5 倍； 其次，將面陣CCD當前采集圖像上每一點的像素值與所述比較閾值進行比較，舍棄小于所述比較閾值的像素點； 再次，判斷剩余的像素點形成三個區域且三個區域的中心在同一水平線上是否成立，若是，則判定存在來襲激光，進入步驟三、否則判定不存在來襲激光，等待下一幅圖像。
4.根據權利要求1或3所述基于面陣CCD的光柵型激光告警方法，其特征在于，在步驟三獲取三個光斑中心點的坐標之后，還需要根據閃耀光柵結構的一些特征來驗證是否存在來襲激光，以降低虛警率，兩個驗證條件為:(I)判斷零級衍射光斑與±1級級衍射光斑的像素峰值之比是否在設定的范圍內，所述設定范圍由光柵衍射效率確定；(2)判斷零級衍射光斑中心點到±1級衍射光斑中心點的距離差是否小于設定的最大距離差；當上述兩條件皆滿足時，則判定存在來襲激光，此時進入步驟四，否則等待下一幅圖像。
【文檔編號】G01J9/00GK104236706SQ201410447032
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月4日 優先權日:2014年9月4日
【發明者】高欣, 楊生勝, 王志斌, 曹俊卿, 黃艷飛, 張瑞, 馮展組, 田愷, 莊建宏, 韓楓, 張敏娟, 李世偉, 張劍鋒 申請人:蘭州空間技術物理研究所