距离选通激光水下成像系统研究

通过阐述距离选通技术的基本原理,对距离选通激光水下成像系统的关键技术进行了分析。介绍几种典型的基于距离选通技术的水下成像系统,搭建有效的距离选通激光水下成像系统。展望距离选通激光水下成像系统的发展趋势。

水的光学特性及其对水下成像的影响

首先对水的光学特性进行介绍 ,然后根据理论模型分析水的光学特性对水下成像的影响 ,最后从水下光照度的角度对水下光学成像的质量和影响因素进行分析。

光源角度配置对水下成像图像质量影响的研究

根据光线传输理论,推导照明光源角度配置对水下成像图像质量的影响。在光源和摄像机与目标距离相同的条件下,通过对图像衬度与信噪比传递函数的推导,得到了在成像距离不变条件下图像的衬度和信噪比随光源角度变大而增大的规律,并绘制出衬度和信噪比随光源角度变化的曲线,还对推导过程中引入的主要假设和近似条件对结果精确的影响进行了分析。最后对光源角度配置对图像质量的影响进行了有关验证实验,实验结果与理论结果一致。

基于粒子群优化的水下成像系统标定

摄像机在水下拍摄时,经过不同介质的成像光线会发生折射,小孔成像模型不再成立,现有标定方法无法准确标定系统参量.针对此问题,本文提出一种基于粒子群优化的水下成像系统标定方法.在空气中应用张正友平面标定法得到摄像机内、外参量,通过求取特征点间相对定位距离,建立系统对水中物体的标定评价函数,并用粒子群算法对其优化,从而标定得到光心到防水罩距离、防水罩平面法向量和防水罩厚度.结果表明:基于粒子群标定算法得到的相对定位误差平均值分别为1.99%和0.62%,而应用高阶畸变折射补偿法得到的相对定位误差平均值分别为3.29%和2.68%;当被测物位于不同拍摄距离以及改变不同姿态时,由本文算法得到的相对定位误差均低于高阶畸变折射补偿法,且本文提出的标定算法可以得到高准确度的系统参量,为水下视觉研究提供了可靠的参量依据.

基于成像自适应光学的水下成像系统研究

水中湍流是影响水下光学系统性能的重要的潜在因素。用波前检测的方法对水中湍流对激光束传输的影响进行实验研究,测量了实验条件下水中湍流产生的波前畸变的大小,对波前畸变进行了Zernike分析,还对波前补偿自适应系统在水下成像的应用进行了探索。结果表明:水中湍流引起的激光束波前的起伏降低了图像的分辨率,自适应光学系统在其校正范围内能有效地校正畸变,提高图像质量。

后向散射对激光水下成像的影响研究

为研究后向散射对水下成像的影响,采用辐射传输理论建立了激光水下成像后向散射理论模型,提出了表征后向散射对目标识别影响程度的水下成像后向散射影响系数,给出了距离选通成像后向散射功率及后向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析,得出了水下成像后向散射随探测水深及水衰减系数的变化规律,证明了考虑后向散射对成像质量的影响时,水衰减系数远大于探测水深的影响,说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。

前向散射对激光水下成像的影响

为研究前向散射对水下成像的影响,利用辐射传输理论建立了激光水下成像前向散射理论模型,提出了水下成像前向散射影响系数,用以表征前向散射对水下成像质量的影响程度,并给出了前向散射功率及前向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析,得出了水下成像前向散射光功率和影响系数随探测水深及水衰减系数的变化规律,说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。

条纹管蓝绿激光雷达水下成像技术

从条纹管工作原理、条纹管激光雷达构成及条纹管的技术要求等几方面进行了技术方面的概述。并介绍了所研制的条纹管,其各项指标能够满足制备激光雷达的基本要求。

水下成像声纳计量测试及量传溯源技术研究

为保障水下探测量值准确可靠,研究水下成像声纳计量测试方法及量传溯源技术。基于大型试验水池和位移/回转机构,采用比较校准法对成像声纳声学参数和几何参数进行了计量测试,以全站仪、标准水听器、信号采集器、标准目标块套组作为计量主标准器,完成了对成像声纳工作频率、波束宽度、成像距离和鉴别阈的计量性能试验。参考标准值与标称值比对结果表明,被检成像声纳工作频率示值误差0.059 kHz,垂直波束宽度示值误差-0.07°,水平波束开角示值误差1.3°,成像距离优于180 m,鉴别阈5 cm,并给出了测量结果的扩展不确定度。海洋测绘仪器计量标准的建立,有助于规范评价国内外产品的关键性能,保障测量成果质量。

不同颜色照明下的水下成像差异研究

针对低照度、浑浊水质环境中水下成像系统观测能力受限的问题,从辅助照明光源的角度,设计了水池实验方案,分析不同浑浊程度的水质条件下光源光谱特性对水介质散射特性的影响。实测数据分析表明,不同颜色的辅助光照明下,水体的散射系数存在差异,低浓度的水体对蓝光的散射系数较大,蓝光照明的成像效果并不理想,而随着浓度增加,红光的散射系数逐渐接近甚至大于蓝光。研究结果不仅有助于优化水下成像系统中照明光源的参数设置,而且能够为去散射方法的应用,以及获取高质量的水下观测视频提供强有力的技术理论支撑。

水下成像光学系统设计

在对目前水下成像系统现状进行调研后,分析了影响水下成像距离和成像质量的主要因素,即后向散射。突破了传统水下成像系统分视场、多探测器的成像方式,利用光学设计软件Zemax设计了一款大相对孔径、大视场的水下成像光学系统。系统只采用一个光电探测器,波长486nm^656nm,相对孔径1/1.8,视场角120°,采用9片透镜,无非球面,简化了透镜加工过程及成本。中心视场的艾里斑尺寸3μm,在奈奎斯特频率60lp/mm,时,各视场的调制传递函数曲线均高于0.7。同时,对大视场系统产生的高畸变进行校正,畸变小于5%,成像质量很好。此系统可广泛应用于水下探测、海洋开发、海底资源勘探、水下反恐等领域。

激光水下成像系统中SD存储卡应用研究

介绍了在激光水下成像系统中,应用SD卡存储图像数据的具体方案及实施细节。包括SD卡与DSP处理器的电路连接,SPI总线的配置方法,系统软件层次结构的分析,SD卡的操作以及文件系统的移植及应用。该方案在水下成像系统的设计实现中具有应用价值。

激光水下成像的图像复原算法研究

复原技术是增强激光水下图像质量的一项关键技术,为了获得高质量的激光水下图像,针对传统全变分模型存在的一些足,提出一种基于改进全变分模型的激光水下图像复原算法(ITV)。首先对激光水下图像质量退化原因进行分析,然后采用全变分模型对激光水下图像进行复原处理,并对扩散函数进行相应改进以克服标准全变分模型的缺陷,最后并通过对比实验测试其性能,结果表明,ITV提高了激光水下图像的信噪比,复原质量的各项指标要优于其他激光水下激光图像复原算法。

距离选通激光水下成像系统中同步控制装置的设计

距离选通激光水下成像系统中同步控制装置的研究设计是系统的关键技术之一。在成像系统对同步控制装置的性能要求基础上 ,实际给出一种用 82 5 3来实现满足性能要求的方法 ,完成了其设计原理和具体实现过程。这种同步控制装置能方便地通过调整脉冲延时和脉宽来提高系统成像质量和作用距离。

利用数字相机实现脉冲激光水下成像系统的研究

距离选通方式是脉冲激光水下成像系统中用于抑制水介质强烈后向散射 ,提高系统的作用距离和成像质量的主要方法和手段。利用数字相机作为成像设备 ,脉冲激光作为光源 ,对这一方式进行了对比研究 ,证明了距离选通的作用。并针对实验系统中数字相机成像部件 CCD容易饱和的特点 ,提出了相应解决办法。

国外水下成像系统的发展

水下成像技术在搜索相援救、探雷、科学成像、目标跟踪、导航控制和目标识别方面有着广泛的应用。在过去的十年间,对非声学水下成像技术的重新重视导致了信号处理、计算机和激光技术的飞速发展,并且对海下环境有了更深了解。本文主要介绍国外水下成像系统关键的研究领域概况,包括:视频和摄像机系统的优化、摄影测量、图像处理、图像压缩、图像传感器融台,图像产生和再现。

激光水下成像发射光学系统的研究

水下远距离激光主动成像系统对扩束发射光学系统的扩束能力及其对距离的适应性提出了较高的要求。为了在不同的成像距离处都获得适当大小的光斑,论文对激光水下成像发射光学系统进行了研究,设计了一种变倍的发射光学系统,研究了激光光束通过该发射光学系统的变换规律,推导了目标距离与变倍光学系统动镜组的位置调整量的数学关系,提出了激光水下成像变倍发射光学系统的控制方案。

融合偏振信息的多孔径水下成像算法

水下光学成像是探索水下奥秘的关键技术,但是环境中介质吸收和背向散射效应会造成图像严重退化.基于差分偏振的复原技术是水下图像复原技术的主要方法之一,通过正交偏振图之间的共模抑制实现背景散射光的抑制,但是相关研究表明该方法对于非均匀光场等情况的恢复效果一般,其原因主要在于非均匀光场条件下偏振度和强度的估计误差.针对上述问题,本文提出融合偏振信息的多孔径水下成像技术,该方法利用相机阵列实现虚拟大孔径成像系统,从而获取广角光场信息,进而融合场景的深度信息实现背景散射和偏振度的精确估计,估计参数值能更好地反映场景的全局特征.对浑浊水下环境中不同偏振度目标进行成像实验,与目前先进的复原算法进行对比,结果表明,本文方法能够有效克服水下非均匀光场带来的问题,得到高质量的复原结果.

水的光学特性及其对水下成像的影响分析

水具有一定的光学特性,这种光学特性会对水下光学成像的质量产生十分明显的影响。具体来说,水对光具有一定的散射、吸收作用,光在水中传播时,会出现一定程度的衰减,从而影响光的水下成像质量。基于此,在本文的研究中,重点对水的光学特性进行了阐述,并对光在水下的成像质量作了探讨分析,希望可以为成像系统在更科学的在水下应用,提供可靠的理论依据。

基于Stokes矢量的实时偏振差分水下成像研究

偏振差分水下成像能够有效地克服光散射效应造成的图像退化问题,在水下物体探测与识别领域具有重要应用价值.传统的偏振差分方法靠光学检偏器的无规则机械转动来实现对散射背景的共模抑制,限制了其在水下成像过程中的实时探测性能.本文通过分析偏振差分探测原理来建立偏振差分成像模型,从理论上提出了基于Stokes矢量的计算偏振差分水下实时成像系统,并进行了实验验证.研究结果表明,基于Stokes矢量的计算偏振差分成像不仅与传统的偏振差分方法具有相同的水下探测效果,更重要的是可以实现快速成像过程.该方法可以应用到目前的偏振成像仪器系统,实现无需人-机互动的自动化实时偏振差分水下成像,进一步提高水下物体探测与识别的效率.