[实用新型]水下静止及高速移动目标三维成像装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水下目标成像装置，特别是涉及一种水下静止及高速移动目标三维成像装置。

背景技术

水下地形、地貌的探测，主要是利用声纳发出的超声波，并探测地形的反射回波，但是，这一方法不仅不能探测凸起于海床上的礁石或岩石，而且测量精度、测量点密度难以达到目前国际水文测绘的精度要求标准，满足不了进行符合水文测绘标准的大范围海床水文地理测绘的要求，其他，还有合成孔径声纳技术，精度有所提高，但不适合高精度的水下测量。现在，正在发展的水下蓝绿激光探测技术，探测精度优于声纳探测技术。主要有利用二维振镜的脉冲激光测深仪，以及利用一维振镜的激光光束线扫描探深技术，扫描视场和扫描面积均受制于振镜的扫描速度，扫描范围和扫描效率相对较低。

专利号200510016796.0专利是最相近专利。该专利中，有四项关键技术未能解决。第一，对关键核心部件矩形光栅的选择没有针对性，单纯利用矩形光栅的制作误差，实现的二级光谱输出，不具有可控性；第二，占有输入能量70％以上的零级频谱不能有效利用，且只能降低输出正弦光强靶标图像的对比度；第三，傅立叶变换透镜及变倍率镜头为通用设计，没有针对单一波长光的针对性设计，输出的正弦光强靶标图像像场像差较大，是测量精度提高的一大障碍；第四，平行光输出，限制了测量的视场范围，不利于大面积测量。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种测量精度高，利于大面积测量的水下静止及高速移动目标三维成像装置。

为实现上述目的，本实用新型水下静止及高速移动目标三维成像装置包括激光器、光束整形系统、矩形光栅或者正弦光栅或其他透明的图像靶标、单色傅立叶变换透镜和频谱选择器及波片或者单色傅立叶变换透镜和波片、单色变倍率镜头、精密丝杠、精密导轨、 高速振镜、高清高速摄像机、AUV水密舱a、AUV水密舱b、带软件分析系统和数据存储器的计算机、无线发射器、用于实现正弦光强靶标投影输出和拍摄动作同步进行的同步通信控制系统：

所述激光器、光束整形系统、矩形光栅或者正弦光栅、单色傅立叶变换透镜、频谱选择器、波片、单色变倍率镜头、高速振镜依次装配在精密丝杠和精密导轨上，并且配置在所述AUV水密舱a内构成对水下目标照射的正弦光强靶标投影输出部；所述高清高速摄像机依次连接计算机、无线发射器，并配置于AUV水密舱b中构成高速摄像、存储分析及信号发射部；所述正弦光强靶标投影输出部通过所述同步通信控制系统与高速摄像、存储分析及信号发射部相连。同步通信控制系统用于实现正弦光强靶标的投影输出和拍摄动作同步进行。

其是利用投影输出正弦光强靶标对水下目标照射的同时，再利用高清高速摄像机对所述被照射水下目标变形图像同步采集，计算机及软件处理系统将采集的变形图像进行相应的图像、图形计算，完成对待测水下目标的三维成像及模式识别处理，并将数据及分析结果存储于数据存储器中，便于适时读取或者适时将数据通过无线方式，传输至水面、空中，或者陆地基站；激光束是利用波片、矩形光栅、滤光片及光学空间滤波器，进行空间分频、合成，产生任意空间频率的二维正弦光强靶标结构光。具有测量精度高，利于大面积测量的优点。

作为优化，所述AUV水密舱a和AUV水密舱b配置有蓝宝石耐压透明窗口。

作为优化，所述AUV水密舱a和AUV水密舱b的相对位置构成测量基线，根据目标的距离按三角形定位方式确定；距离比较远的情况下，AUV水密舱a和AUV水密舱b构成的测量基线要远一些；测量距离比较近的情况下，AUV水密舱a和AUV水密舱b，可以合二为一，内部功能区域需要划分为正弦光强靶标投影输出区和高速摄像、存储分析及信号发射区。

作为优化，高速摄像、存储分析及信号发射部通过所述无线发射器与水面、空中或者陆地基站相连。

作为优化，矩形光栅或者正弦光栅定位在单色傅立叶变换透镜的前焦平面上；波片及 频谱选择器位于单色傅立叶变换透镜的后焦平面上，并定位于单色变倍率镜头的前焦平面上。

作为优化，正弦光强靶标投影输出部的整个光路系统均按照同轴等高方式配置。

作为优化，所述光束整形系统为激光扩束器型，其激光束腰位置的小孔优于微米级的圆度，且无毛刺。

作为优化，所述矩形光栅占空比大于或者小于1∶1；所述矩形光栅更换为正弦光栅或其他透明的图像靶标时，去掉频谱选择器、单色傅立叶变换透镜与波片相邻配置。

作为优化，所述频谱选择器包括电、磁或光寻址空间光调制器、数字式微反射镜器件、机械式小孔。