[发明专利]一种基于双摄像头的水下湍流强度探测装置

权利要求书

1.一种基于双摄像头的水下湍流强度探测装置，包括由透光防水窗口与防水封装组成的防水壳体，所述透光防水窗口设置在所述防水壳体的一侧，所述壳体内部设置有连续性激光器、左摄像头以及右摄像头，所述透光防水窗口用于使所述连续性激光器发射的光束射入水中，所述光束射入水中后发生散射，所述左摄像头以及右摄像头用于拍摄散射后的光束；

其特征在于，所述左摄像头和右摄像头的相对位置关系为：使得左摄像头和右摄像头拍摄到的光束图像相互对称，并且图像中的光束不平行于图像的横轴；以及图像中的光束的上端达到图像的顶端。

2.根据权利要求1所述的装置，所述摄像头的图像传感器分辨率为a×b，所述摄像头的图像传感器尺寸为c×g，所述左摄像头经过k次拍摄采样得到的图像数据为L_k，所述右摄像头经过k次拍摄采样得到的图像数据为R_k；L_k、R_k上第i行第j列的数据分别为L_k(i,j)、R_k(i,j)，(i,j)称为对应像素点的索引，i为纵向索引，j为横向索引；其特征在于，湍流强度S_i与探测距离l_i的关系由如下公式求出：

其中，i为所述图像上像素点的纵向索引，S_i为纵向索引为i的像素对应的湍流强度，l_i和l_i-1分别表示纵向索引为i和i-1的像素点与摄像头镜头中心的纵向距离，和分别为纵向索引i和i+1对应的质心距离指标的均方差，f为摄像头焦距，a为随着探测距离变化的常数，d为两个摄像头镜头中心的间距，D为镜头直径，B为比例函数，B(x,y)为贝塞尔函数，Γ为伽马函数。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述具体由以下公式得出：

其中，N为预定的采样次数，L_k(i,j)、R_k(i,j)分别为左摄像头、右摄像头第k次采样得到图像的图像数据，(i,j)为所述图像上像素点的索引，i为纵向索引，j为横向索引，b为摄像头的垂直分辨率，CL_ki和CR_ki分别为左摄像头和右摄像头第k次采样所得图像在纵向索引i上的光束质心，dC_ki为两质心的质心距离指标。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述纵向索引为i的像素点与摄像头镜头中心的纵向距离l_i，用于根据湍流强度S_i得到不同探测距离上的湍流强度分布，l_i具体为：

其中，θ为纵向剖面上摄像机轴向与激光光束的夹角，h为纵向剖面上摄像机镜头中心与激光光束所在直线的间距，g为摄像头中图像传感器的纵轴长度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括与所述摄像头均连接的外部计算机，所述计算机用于执行如下步骤：

步骤1：将采样序号k初始化为1；

步骤2：控制左摄像头、右摄像头进行第k次采样，得到第k次采样数据L_k(i,j)、R_k(i,j)；

步骤3：计算所述采样数据中不同的纵向索引i上的光束质心CL_ki、CR_ki；

步骤4：计算纵向索引i上的光束质心距离指标dC_ki＝CR_ki+b-CL_ki；

步骤5：判断采样次数是否达到预设的值：若否，则采样次数k加1，并返回步骤2；若是，则执行步骤6；

步骤6：对每次采样结果得到的质心距离指标dC_ki进行统计分析得到不同纵向索引i所对应的dC_ki的均方差；

步骤7：根据不同纵向索引i所对应的dC_ki的均方差计算不同位置处的湍流强度。