【专家观点】国防科技大学•光学工程学科专刊：激光成像处理技术研究现状及展望（特邀）

编者按

2023年，国防科技大学迎来了办学70周年。为推动创新驱动发展战略，全面展现国防科技大学光学工程学科建设发展的重要成果，中国光学工程学会会刊《红外与激光工程》在芙蓉迎夏的6月与国防科技大学联合出版“国防科技大学•光学工程学科专刊”，并特邀国防科技大学电子对抗学院的胡以华教授为专刊撰写了“激光成像处理技术研究现状及展望” 综述文章，文中总结梳理了激光成像处理技术的当前研究现状，分析了典型处理技术的过程和方法，并讨论了该领域的发展需求和未来发展方向。

撰稿人：胡以华

论文题目：激光成像处理技术研究现状及展望（特邀）

作者：胡以华，赵禄达

完成单位：国防科技大学电子对抗学院，国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，国防科技大学电子制约技术安徽省重点实验室，合肥综合性国家科学中心信息安全研究中心

研究背景

激光成像在多个领域中应用广泛，其成像时包含一系列的信号和信息处理过程，会对成像质量造成关键性的影响，并在成像信息运用的过程中起着关键性作用。本文主要针对典型激光成像处理技术进行综述性研究。首先，讨论了典型成像体制的激光成像处理技术特征，按照信号处理和信息处理两个阶段归纳了主要的共性处理方法和内容。其次，分析了激光信号去噪、辐射与几何校正和激光点云处理技术，激光测距、图像重建、目标检测的信息处理技术的发展现状，研究了典型处理技术特别是基于深度学习的激光成像智能处理技术的实现过程。最后，分析了激光成像处理技术的发展需求和未来发展方向，希望能对激光成像的相关研究带来一定的参考作用。

主要内容

激光成像是指通过发射特定设计的激光信号，接收激光回波并处理后获取目标的图像等属性信息的一种成像方式。激光成像在目标探测、卫星测绘、智慧农业、国防航天等领域均有着广泛的应用。由于不同领域的应用特点存在区别，从而对激光成像处理提出了更高的要求。激光成像处理是针对激光探测获取目标图像而进行的一系列处理过程，按照处理顺序可分为信号处理和信息处理，具体包括激光回波信号的去噪、辐射、几何校正、点云处理，以及之后的各类成像任务数据处理（例如激光测距、激光图像重建、目标检测等）。当前，激光成像处理技术随着成像体制和成像硬件的不断发展，处理精度和速度要求越来越高，涉及的技术领域也越来越广泛。尤其是当前以深度学习为代表的机器学习技术发展迅速，在许多经典问题中获得了相较传统技术更好的结果，并且在激光成像处理技术中也出现了成功的应用，为激光成像处理提供了新的发展思路。

本文针对当前的激光成像处理技术进行研究，首先明确激光成像处理的过程，而后聚焦激光成像信号处理和信息处理两个方面，梳理成像信号和信息处理的种类和方法，并介绍当前的研究现状。最后讨论了激光成像处理技术的发展需求和未来的发展方向。

结论

激光成像处理一直是光学成像和信号处理领域的热点研究问题，在过去的20年中激光成像信号和信息处理技术得到了长足发展。本文总结梳理了激光成像处理技术的当前研究现状，分析了典型处理技术的过程和方法，并讨论了此领域的发展需求和未来发展方向。在过去的研究中，深度学习已经深度运用到激光成像处理中，通过深度学习的强大表征学习能力，激光成像处理的质量、精度、鲁棒性等方面得到了质的飞跃。在未来针对不同信号和信息处理任务的研究中，成像任务的标准化大规模数据集和更加鲁棒的深度神经网络处理范式将是研究的深入发展方向。

针对以上对激光成像处理技术的发展需求，我们认为如下研究方向值得关注：

（1）发展以阵列激光成像、激光合成孔径成像为代表的具有领域优势的成像体制的激光处理技术。

（2）研究面向目标精确识别的更加符合实际应用的激光信号处理方法。

（3）发展利用其他模态信息增强激光成像的多模态激光成像处理技术。

（4）针对不同成像体制构建激光动目标成像大规模数据集。

（5）基于3D点云激光成像中的无监督、弱监督和自监督算法需要深入研究。

（6）在基于深度学习的激光成像信号和信息处理算法中，处理算法的实时性是其落地应用的前提。

作者及团队简介

团队介绍：

国防科技大学电子对抗学院胡以华教授科研团队长期致力于激光精确信息获取理论与应用研究，围绕目标的激光三维成像、反射层析激光雷达成像、大气扰动激光探测、相干探测、光子探测以及量子纠缠探测方法，取得了一系列研究成果，为空天弱暗目标远距离探测、高精度定位和多维信息获取提供新型技术手段。团队先后出版专著《激光成像目标侦察》、《目标衍生属性光电侦察技术》、《Theory and Technology of Laser Imaging Based Target Detection》和《激光相干探测应用理论方法》，公开发表学术论文300余篇，授权发明专利70余项，获国家技术发明二等奖2项、国家教学成果二等奖2项、安徽省重大科技成就奖、军队/省部级科技一等奖8项。

胡以华，国防科技大学电子对抗学院教授，脉冲功率激光技术国家重点实验室主任，光学工程学科首席专家，中国光学学会会士，安徽省科学技术协会兼职副主席。长期从事光电对抗理论和应用研究，在激光精确侦察和高效干扰方面取得系统性创新成果。曾获军队科技领军人才，享受国务院政府特贴，获全国优秀科技工作者、军队杰出专业技术人才奖、全军优秀教师。

赵禄达，国防科技大学电子对抗学院光学工程在读博士研究生，主要从事计算成像、计算机视觉、进化计算等方面的研究。负责省级、军队级项目5项，参与国家自然科学基金、军队预研、省级重点项目10余项，发表学术论文30余篇。

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（西安应用光学研究所 卢卫涛 编辑）

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