[发明专利]一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及水下探测探测目标成像系统研究技术领域，尤其是一种去除水面波浪导致水下探测探测目标成像畸变的还原方法及装置。

背景技术

由于空气-水界面对光的折射作用，水面波浪会导致水下探测探测目标成像的严重畸变，严重影响目标的探测和识别，限制系统的适用范围，是水下探测目标成像系统研究中亟待解决的重要难题。并且由于水面波浪波形一直处于不停变化的状态，给目标图像的处理带来了极大困难。现有的对波浪影响水下探测目标成像的研究，都只局限于波浪对于水下探测光斑大小、目标回波信号功率、飞机离水面高度的矫正等方面，而波浪导致水下探测目标成像系统目标成像严重畸变的问题一直都没有得到解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了解决水面波浪导致水下探测目标成像系统目标成像严重畸变的问题，提高系统适用范围，本发明提出了采用双通道同时探测和记录水下探测目标和水面波浪波形的一种去除水面波浪导致水下探测目标成像畸变的还原方法及装置，通过本发明提出的还原算法实现去除水面波浪导致水下探测目标成像系统成像畸变的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法包括

步骤1：根据图像采集装置xoy像平面获得的水下探测探测目标实际成像的任一个像点A的坐标，以及波浪水面点B点坐标，已知水下探测探测目标所处位置的水深位于z轴的坐标，因而可计算出水下探测探测目标实际成像点A对应的水下探测探测目标实际物点C的坐标，其中设定点A坐标                                                ，点B坐标，点C坐标，波浪水面点B是水下探测探测目标实际成像点A经过信号接收装置形成的成像光线AP与波浪水面的交点；

步骤2：由水下探测探测目标实际物点C的坐标，经虚拟的无波浪水面点D及信号接收装置，计算水面无波浪时水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置像平面oxy上对应成的成像点E，则成像点E是水下探测探测目标实际成像点A去除波浪成像畸变影响后的像；其中点D坐标，成像点E坐标，无波浪水面点D是水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置的成像点E的经过信号接收装置形成的成像光线EP与无波浪水面的交点。

所述步骤1中计算水下探测探测目标实际物点C 具体过程是：

步骤11：由几何关系易知直线AB的方程为： 

                                                          （2）

因为B点的Z轴坐标为z1=h+s，根据（2）计算可得，,其中，根据（1）计算可得，，求出B点坐标，结合设置波浪表面即时函数为，得到波浪表面在波浪水面点B点法线方程为：

                       （4）

其中，分别为在点B 坐标关于和的偏导数、，其中即时函数是第一光学接收模块获得水下探测目标成像同时，通过第二光学接收模块获得这一时刻的水面波浪表面波形即时函数，h为信号接收装置到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距，x1、y1分别是波浪水面点B的x轴坐标，y轴坐标。

步骤12：设AB与夹角为，折射角为，水的折射率为，由两直线夹角公式及直线AB的方程（2）与法线的方程（4）得到公式（5）计算夹角为，

                 （5）

在通过公式（6）计算得出折射角为      

                           （6）

设直线BC的斜率方程为（7），其中（m1，n1,1）是直线BC的方向矢量：

                            （7）

则：

                       （8）

由于AB、BC、三直线共面，有：

                      （9）

由式（6）、（8）、（9）可求得、，再由式（7）求出点C坐标，其中h为第一光学接收模块或第二光学接收模块到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距，z0为水下探测探测目标距水面的深度。

所述2中无波浪水面点D的具体过程是：

步:21：由 CD方程为：                  （10）

设CD与平静水面法线夹角为，则：