[实用新型]基于偏振识别的水下摄像系统

说明书

一、技术领域：

本实用新型涉及一种光学仪器技术领域，特别涉及一种基于偏振识别的水下摄像系统。 

二、背景技术：

水下摄像系统是用于探测水中物体，并在水上进行电视显象的光学观测工具，它为实时观察水中目标提供高分辨率的视频图象。它已成为进行水下作业所必要的设备之一。尤其在人们无法和难以直接观察的海下空间更是不可少。现已普遍用于包括军事目的大内的各种水下作业中，包括用于观察武器试验、舰船修造、探索水雷、鱼雷和检查布雷情况；观察、控制海底工程作业和水下建筑过程，侦察和选择水下施工地址、设备安装以及定期检查工程建筑质量情况；在海洋研究中，用于考察海底地貌形态和海底表层地质结构，观察海中生物的生活习性和活动规律等。 

但是在水下环境中，水(衰减)非常大，而且水中存在着各种悬浮物，这些悬浮物的性能各异，对光有散射作用。由于水对光的吸收和散射，使整个水下影像呈现雾化效果，对比度较差，所以只能看到近处的物体。尤其散射光对影像衬度影响较大，它造成了图像对比度下降，对水下成像影响极大，使影像衬度成为水下成像中最严重的问题之一。通常的水下光强度成像系统是根据光强的差别来区分目标，由于散射导致的水下物体和背景强度差别不明显或目标背景很杂乱时，用强度来区分目标就很困难，而利用光的另一个特性-偏振特性来区别目标，可以克服由于光强差太小所带来的困难。水下偏振成像探测系统正是为适应这样的需要而发展起来的。 

国外对偏振成像的研究开展的比较早，二十世纪七十年代以来，各国科学家对多种物体的偏振特性研究做了大量的工作，掌握了许多数据，从中获得物质偏振特性的规律，分析偏振产生的机理，为偏振的应用提供理论依据和必要的原始资料。国内关于偏振成像方面的研究基础比较落后，仅在高校和研究所等少数单位开展一些工作。1997-2000年，安光所研究人员利用532mm的激光作为光源，面阵CCD作为探测器，利用水中粒子和水中物体的退偏振差异，重点研究了水中物体的偏振成像。通过理论计算得出了水下目标成像对比度、成像距离、水体衰减常数之间的关系，并推导出了水下目标最远成像距离的计算公式。获取了532mm圆偏振光照射下水中物体的偏振图像，并测得了水体衰减常数为0.5时，圆偏振成像系统最远成像距离为1.92m。后来的工作中，又利用线偏振光作了类似的实验。但是以上偏振成像方法对水体清澈程度有一定要求。 

而且由于近年来资源开发活动主要在海底，近几年来国际上重点发展浑水中的水下成像观察技术，这已经成为海洋开发技术中的重要环节之一。 

三、实用新型内容：

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于偏振识别的水下摄像系统，可以获取水下物体的基于偏振信息而不是光强信息的图像，可实现较混浊水体 的水下物体成像。 

一种基于偏振识别的水下摄像系统的技术方案是：包括水下光源、偏振调制部分和图像采集及处理部分；所述的水下光源包括半导体激光器、滤光片、起偏器、偏振旋转器和扩束器，半导体激光器所发的激光光束经滤光片滤光后，再经起偏器变为偏振光，该偏振光经偏振旋转器和扩束器后变为偏振方向可调的线偏振光；所述偏振调制部分包括检偏器、步进电机、步进电机控制器和红外探测器；所述图像采集及处理部分包括高频CCD摄像机、图像采集系统和计算机；水下的目标物经所述的线偏振光照射后，其反射光射入偏振调制部分，首先进入由步进电机控制的检偏器，经检偏器出射后的光束被高频CCD摄像机采集后和红外探测器的信号同步送入计算机处理。 

上述的偏振旋转器为扭转向列型液晶旋转偏振器，通过控制可以对偏振旋转角度进行精确控制，可以快速旋转线偏振光束的偏振方向。 

上述的检偏器的外圈上设有多个触发孔，排列在多个标定的透光方向上。 

上述的红外探测器由红外发射端和接收端两部分组成。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型可以有效提高目标成像的对比度和清晰度；提高目标探测和识别效率；偏振成像可以利用不同目标退偏振的差异消除背景光的干扰，提供了从杂乱背景中识别目标的手段，较普通的光强度成像识别目标的方法具有明显优势。 

四、附图说明：

附图1是本实用新型的结构原理图； 

附图2是本实用新型的检偏器的结构示意图； 

外圈1、触发孔2、半导体激光器3、滤光片4、起偏器5、偏振旋转器6、扩束器7、目标物8、红外探测器9、检偏器10、高频CCD摄像机11、步进电机12、步进电机控制器13、图像采集系统14、计算机15。 

五、具体实施方式：