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.

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。

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。

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。

水下光学成像系统的研究现状和展望

本文阐述了水下光学成像系统的历史,研究进展以及现状。并参考国外实验室的先进技术,介绍了消除噪声和改进像质的方法和系统,以及在水下拍摄三维图像的技术。

圆盘透明度在水下激光成像系统性能评估中的应用

水下激光主动成像系统的探测能力不仅与探测系统自身参数有关,还与水质等环境因素有关。为评估水质对水下激光成像系统探测能力的影响,根据圆盘透明度成像模型,研究了吸收系数、散射系数、漫射衰减系数等水体水质参数与圆盘透明度的关系,给出了圆盘透明度与水下激光主动成像系统最大探测深度的表达式。实验表明,ICCD距离选通水下激光主动成像系统最大探测深度值与理论计算值相对误差小于20%。基于成像理论的圆盘透明度模型反映了水下激光成像系统探测能力与水体水质参数的关系,可用圆盘透明深度来评估水下激光成像系统的探测能力。

水下激光成像系统中的海水散射

对蓝绿激光的海水散射进行理论分析 ,并进行不同水样的对比实验 ,给出了分析结果。

激光水下扫描成像系统的图像修正机理

同步扫描系统可以克服后向散射,但同时也产生了两种非线性,一是扫描线速度的非线性,一是由于距离对光能衰减造成的非线性,两种非线性都需要修正,本文从原理上讨论水下激光成像时能量衰减的修正原理与修正方法,并给出仿真结果。

基于非平行系统的水下图像转化模型

针对水下三维重建成像时图像失真的问题,提出一种基于非平行双目视觉系统的转化条件和转化模型,将摄像机透过平面防水罩拍摄的水下图像转化为摄像机与目标间无水存在的一般空气图像.当摄像机焦点在水与空气分界面处时,水下图像和空气图像像素间存在一一对应关系,当摄像机焦点位于水面外时,该模型在物距远大于焦距及焦点沿z轴方向与折射面距离的情况下仍成立.实验利用特征点三维坐标重建验证模型的正确性,结果显示,利用本文方法重建的三维坐标和实际三维坐标相比,x、y、z轴方向的重建误差平均值分别为2.23%,1.51%,1.10%,表明该模型转化后的图像可采用空气中的图像处理方法,为空气中的三维重建方法应用于水下的探索提供理论依据.

基于DM642的激光水下图像处理系统设计与实现

搭建了一种距离选通激光水下成像系统,分析了水下光电图像的特点,采用DM642数字信号处理芯片为核心设计了数字图像处理系统,给出了利用平台直方图均衡化实现水下图像增强算法原理以及该算法在设计的图像处理系统中的实现方法,并给出了利用该方法对水下25 m和40 m处目标所成图像的处理结果。实验结果表明,利用文中搭建的距离选通水下成像系统和设计的图像处理系统可以有效实现对水下目标的成像探测并能提高目标图像的对比度。

水下激光成像系统在反蛙人侦察中的应用

水下激光成像系统作为一种主要的水下光电侦察装备,具有抗干扰能力强、探测距离远、成像质量高等诸多优点,可用于探测水下多种类型的目标。针对水下激光成像系统的反蛙人侦察应用问题展开研究,介绍了水下激光成像系统反蛙人侦察的技术、特点和现状,重点研究了水下激光成像系统几种典型的反蛙人侦察使用方法,并对今后水下激光成像系统反蛙人侦察的发展趋势进行了分析。

基于声呐成像的水下结构检测技术

水下结构检测是涉水工程运维管理及安全评估的基础和重要环节。基于声呐系统的水下结构检测技术通过点云成像能够直观反映水下结构的服役状况,可为涉水工程运行管理、应急抢修及安全评价提供技术支撑。本文结合工程实例,对水下声呐成像系统的检测效果进行了测试验证,结果表明:水下声呐成像检测系统具有较好的检测效果,在水质浑浊的低能见度环境下也能够较好地完成水下检测任务。该系统较之传统检测方法具有水下环境适应能力强、作业灵活和直观高效的优点,可极大地提高水下结构检测的精度和效率。

基于优势特征图像融合的水下光学图像增强

针对水下光学图像颜色失真、非均匀光照、对比度低的问题,提出基于优势特征图像融合的水下光学图像增强算法.首先,提出改进的暗通道先验算法去除退化图像中的不均匀浑浊并均衡色彩;其次,对颜色校正图像分别使用基于加权分布的自适应伽玛校正算法和限制对比度自适应直方图均衡-同态滤波算法,增强颜色校正图像对比度并使其亮度均衡;最后,定义三幅融合图像即颜色校正图像、亮度均衡图像、对比度增强图像的关联权重图,通过多尺度融合算法获得融合图像.与单一预处理算法只能解决对应的退化现象相比,该算法对单幅退化图像进行多算法处理,得到三幅优势特征图像,通过不同权重的组合最大程度地将各优势特征相结合,得到的综合效果远超各单一算法优化效果,不再局限于解决颜色失真等单一问题.将本文算法与现有算法在主观评价和客观评价两方面进行实验对比,结果表明,该算法可以有效平衡水下图像的色度、饱和度及清晰度,视觉效果接近自然场景下的图像.

非平行双目视觉系统水下成像的极线约束模型

针对水下非平行双目成像系统图像匹配时无法进行平行校正,并且不再满足空气中的极线约束条件这一问题,推导出一种适用于水下的极线约束模型。根据摄像机和防水罩间相对位置关系的不同,把水下双目成像方式分为平行成像、共用折射面成像和独立折射面成像三种情况,并推导了后两种情况的极线约束模型。对摄像机进行标定,利用尺度不变特征变换(SIFT)进行立体匹配,推导了参考图上特征点在待匹配图上所对应的曲线,根据待匹配图上特征点是否在曲线上,剔除误匹配点,提高匹配精度。实验结果表明,利用所推导出的水下曲线约束模型,可以有效地剔除误匹配点,降低误匹配率。

大亚湾西南海域尖笔帽螺2020年7月暴发期内的分布特征

尖笔帽螺是一种分布广泛的翼足类生物,在食物网与生物地球化学循环中起着重要作用。2020年7月,大亚湾出现高密度尖笔帽螺,给当地生态安全带来潜在风险。文章利用浮游生物成像仪(PlanktonScope),以定点的方式对大亚湾西南海域的环境因子与尖笔帽螺密度进行采样,并对大亚湾高密度尖笔帽螺的分布特征进行研究。结果显示:在水平方向上,尖笔帽螺主要分布于西部湾口及长湾附近海域,其他海域分布相对较少;在垂向上,尖笔帽螺多分布于高温低盐的表层,低温高盐的下层水体分布较少;体长分布方面,湾口西部及其北侧海域尖笔帽螺体长较长,小辣甲西侧、北侧海域尖笔帽螺体长偏短,湾口中部海域体长远小于其他区域。通过分析结果发现,此次大亚湾湾内高密度尖笔帽螺存在随外海海流输入的可能;温盐分布结果表明,尖笔帽螺多出现在海水表层,其垂直分布可能也受海水分层及海流的影响。通过对尖笔帽螺分布特征的归纳与讨论,可以为后续该种生物的进一步溯源提供参考。

鱼雷激光引信发射与接收光学设计及性能验证

基于鱼雷采用六等分区、在前倾探测为60°时每一分区视场角为55°的水下激光引信分区设计方案,利用Zemax软件对激光引信的发射光学系统和接收光学系统进行设计,光束经发射光学系统后被整形为55°×1°发散角的线状光束,每个分区单元接收光学系统视场角为55°,以实现大视场角目标方位距离探测,同时利用自建实验平台验证了其接收与发射系统性能.

Underwater Laser-illuminated Range-gated Imaging Scaled by 22.5 cm ns^(-1) with Serial Targets

We have developed a novel target set to scale our Underwater Laser-illuminated Range-gated Imaging (ULRI) video system in a 3 m-tank with turbid water (attenuation coefficient 1.0 m -1). As light speed in water is 22.5 cm ns -1, the target set consists of a series of 3-bar targets at 22.5 cm intervals along the laser illumination direction, with the targets separated vertically. As a result, a sequence of good gated images, in steps of 1 ns delay, is presented, which is a revelation of the ‘sliced-view’ phenomenon for ns-level range-gating in such a limited water body. The Depth of Gating (DOG) and DOG-profile of the URLI system are measured for the first time, which can be used for evaluating gating-performance efficiently.