多参数环境监测仪主动成像技术的应用越来越广泛 目标, 监测仪, 大自然, 影响

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在大自然环境及工业生产环境中，往往有强背景光环境和复杂电磁环境。很多时候，目标物体和强背景光处于同一视场范围，目标物体图像被强背景光淹没，使我们无法看到目标图像并进行相应的处理。复杂背景下的目标图像获取是机器视觉、工业测量等领域的重要研究方向。强背景光下目标图像及微弱目标信号的探测及获取通常被分成被动成像和主动成像两种，主要是根据成像系统有无照明光源被大致归为这两类，被动成像最主要的特点是系统本身没有光源，成像更多的依赖于所处的背景环境及目标的发光，受环境光源的影响较大。主动成像是利用照明光源（一般采用激光）和成像传感器，将激光技术、传感器技术和弱目标成像处理技术相结合起来，具有不受目标温度对比度影响、识别能力强、成像对比度高等特点。

在工业检测方面，激光主动成像技术的应用越来越广泛，克服了被动成像带来的种种缺陷和不足，是一种先进的强背景光下图像的检测与处理技术，图像检测与处理技术本身就是一门应用甚广的学科，从起始研究到现在一直受到相关研究者的高度关注并在各个行业中得到了广泛的应用。激光作为照明光源，首先它具有单色性好、亮度高、方向性高等特点，是一种理想光源。在远距离暗小目标的探测与成像上，利用激光对目标照射，增加目标散射光强度，通过图像采集和处理算法可实现对远距离小目标的探测。

农业环境监测仪主动成像技术的发展
如前所述，成像系统根据有无照明光源分为主动成像和被动成像两种。其特点区别显著，分别被应用于不同的场合中。主动成像因其对比度高、成像能力强、受复杂环境影响相对低等特点应用在主动成像中使其应用范围及科研价值相对被动成像要高很多。在军事及工业上，跟踪、搜索、监视和捕获等成像系统很长一段时期都是利用被动成像的方法，不需要人为施加光源对目标物体进行照射，光源主要依赖于大自然光，例如自然辐射光、日光及月光等。因无人为施加的光源，被动成像工作方式的主要特点就是隐蔽性极好，不易被对方察觉，但相应的缺点和弊端是受环境影响太大，遇雨雪等能见度非常低的天气或者漆黑的夜晚等条件下，分辨率和对比度受其影响而降低，难以探测和识别目标。也有被动成像如热成像系统利用场景温度和辐射率的变化提供图像信息探测中远红外辐射，虽然能够在低能见度条件下获取到分辨率相对高的图像，但是当温度没有变化或变化差值很小时系统就不能正常工作，有着一定的局限性。在自然光照明情况下，被动成像测量条件有限，制约了成像系统的成像及探测跟踪能力，尤其是远距离目标成像。其在水下成像、远距离暗小目标成像探测和深空目标探测等领域的应用受到限制，一些关键性的技术问题被动成像无法解决，主要因为：信号的返回能量比较弱，背景环境复杂的情况下成像系统受到干扰，目标信号湮没在强背景光中，外加一些噪声信号的干扰导致目标难以探测和获取。激光主动成像技术是目前国内外科研界比较热门的一个研究方向，相关的关键技术研究目前正在进行中，还有一些技术问题有待于解决。其具有的特点使其在夜视领域、复杂工业、交通环境背景下等领域发挥愈来愈重要的力量。












由于系统所处的背景环境复杂，干扰多，首要任务就是去除强背景光和高温等影响。在以往的光源选取上，一般选取水银灯做照明，其特点为亮度非常高。但存在的问题是背景光（例如连铸坯表面辐射光）过于强烈的情况下，即便用高亮度的水银灯也难以完全去除背景光，背景光无法去除会随采集到的反射光线一同进入到图像传感器中，干扰信号过多导致无法精确提取目标信号。而且环境也是随机变化的，一旦光强度由于背景温度变化或钢种变化受到影响时，图像传感器采集到的背景光强度也会随之变化，在较强时会导致 CCD 图像传感器呈过饱和状态而出现一片白，甚至会破坏 CCD 的性能。而在背景光强度较暗时，采集到的图像会过暗，影响了目标缺陷的检测效果。因而，单纯采用亮度非常高的水银灯
并不能完全去除背景环境光的影响。

在复杂工业环境下的检测系统中，合适的好的光源和照明成像系统是检测系统成败的决定性因素，起着关键的作用。好的合适的光源能将目标的物体表面特征和细节即特征量突出，提高了检测目标和背景环境的对比度，环境影响降低。因而，在本文中，对于光源的选取进行了多种选择，并模拟目标环境通过实验进12行了验证，进行了实验研究验证了复杂工业环境下的理想光源为激光，激光以其高亮度、高方向性、高相干性等特点成为了系统光源选取的优选，其具有很好的单色性，是比较理想的照明设备。