[实用新型]非均匀大光场目标图像探测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水下大范围的非均匀大光场目标图像探测装置，属于水下视觉技术领域。

背景技术

光在水中传播，接收器接收的光信息主要由3部分组成：从目标反射回来并经水介质光在水中传播，接收器接收的光信息主要由3部分组成：从目标反射回来并经水介质吸收、散射损耗后的成像光束；光源与目标之间水介质散射的影响图像对比度的后向散射光；目标与接收器之间水介质散射较小角度并直接影响目标细节分辨率的前向散射光。与大气成像技术相比，水下成像技术的研究重点就是减小水介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对水下通信、成像、目标探测所造成的影响。

目前主要有同步扫描成像、距离选通成像、光偏振技术成像、激光三维成像、结构光技术成像、多视角三维成像等水下视觉成像技术，尤其是在比较浑浊的水质条件下，使用普通的水下照明成像技术，后向散射噪声对图像品质的影响尤为剧烈，目前相对先进的一种方法是采用非均匀光设备对目标区域进行照射，即对近距离目标用弱光场照明,以尽可能减小后向散射噪音的影响；远距离目标用强光场照明,来提高目标信号的强度,同时较强的后向散射光经过长距离的传输到达接收器时也会降低。

由于吸收和散射的影响光信号在水下的传播会极大的衰减。同时在近距离范围内，由于照明光强较大产生的后向散射噪声相应的也会较大；而在远距离范围照明光强由于水的吸收和散射会衰减至较小值即信号光较小同时产生的后向散射噪声也会较小。这样就造成了在接收器直线上(LOS)信噪比(SNR)衰减严重，在两倍能见度探测距离条件下，接收器接收到的光能量将衰减达10⁷倍，严重影响了探测距离，和图像质量。

如图5所示：在空间坐标系原点O的位置放置摄像机，令探测平面垂直于Z轴的平面XCY，(图中显示了XOY，X1C1Y1，X2C2Y2三个被测面)，Z是目标C距摄像机的距离。假设位于较近位置的被测物C₁的坐标是(0,0,Z₁)，位于较远位置的被测物C₂的坐标(0,0,Z₂)，Z1与O之间的距离为1倍能见度，Z2与O之间的距离为2倍能见度，由比尔朗伯特定律知，Z2与O之间的光衰减可达10⁷倍，如果将C₁的照明能量E₁设置为比C₂的照明能量E₂低103.5倍，则可实现照明能量依据水的衰减系数沿Z轴按反比指数增长分布。

依据上述方法建立的照明光场，有别于传统的均匀光场，其在距离光源等距离的截面上各点的光强是不相等的，因此称之为非均匀光场。在非均匀光场中，近距离被测物所处的照明光场强度较低，所产生的反向散射噪声也较小，而远距离目标虽然被强光照明，但由于距离接收器的光程较长，反向散射光受到水中悬浮颗粒的散射衰减，则到达接收器时变得较弱，因此非均匀光场目标探测方法对于反向散射光具有良好的整体抑制效果，且克服了激光探测方法存在的景深小的问题。

但是现有的基于非均匀光场构建技术的方法设备(非均匀照明探测目标图像的方法及装置-200610042355.2)由于光源工艺和设备体积的限制，只能实现小范围、低光轴距、照明模式单一的目标物照明。因此其适用范围有一定的限制。

发明内容

本实用新型目的是提供一种非均匀大光场目标图像探测装置及方法，针对空间介质浑浊、模糊的条件，构建一种高效克服介质后向散射噪声的非均匀照明的，实现大光场范围、多照明模式、高能见度距离的目标清晰图像获取系统。

非均匀大光场目标图像探测装置，包括上位机，其特征在于还包括一组图像采集装置和两组非均匀照明阵列，且两组非均匀照明阵列位于图像采集装置两侧；

所述的图像采集装置，包括由CCD架座、设置在CCD架座上的CCD架杆、以及设置在CCD架杆上的上、中、下三个CCD安装座组成的安装架，且中间CCD安装座安装高速摄像机，另外两个CCD安装座23分别安装水下双目CCD摄像机；

所述的三个摄像机都采用了三自由度底座固定，便于调整入射图像角度；

所述的每组非均匀照明阵列包括由光源阵列架座、设置在光源阵列架座上的集束光源阵列架杆、以及设置在集束光源阵列架杆上的五个支撑杆组成的光源安装架，和4个200w以上的大功率非均匀集束光源与一个至少150w的中等功率的非均匀集束光源；其中，所述中等功率的非均匀集束光源安装在最低端的支撑杆上且位于集束光源阵列架杆的内侧；