[发明专利]一种用于水下的非线性光谱成像系统与方法

说明书

本发明属于光学技术领域，涉及一种用于水下的非线性光谱成像系统与方法。包括沿光路依次设置的前置光学系统、非线性晶体单元、准直镜、第一分光元件、DMD或空间光调制器、第二分光元件、成像镜及微光探测器，还包括反馈电压调整系统；光源发射的激光经景物反射后依次通过前置光学系统，非线性晶体单元、准直镜、第一分光元器件、DMD或空间光调制器、第二分光元件、成像镜、微光探测器，获得景物的图像信息；将图像信息发送至反馈电压调整系统；反馈电压调整系统根据图像信息调节非线性晶体单元的电压。解决了光学成像系统在水中不清晰和信噪比低的问题，用于探测海洋水下目标的二维空间信息和光谱信息，获得较高信噪比，提高系统工作距离。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种光谱成像系统与方法，具体涉及一种用于水下的非线性光谱成像系统与方法。

背景技术

由于水介质对光的衰减、光在水中传播时前后向散射、水中杂质的散射作用等，光谱成像系统在水中具有图像对比度差、不清晰和信噪比低的问题，因此很难进行远距离成像。光谱成像系统能够获得两维空间信息和一维光谱信息，由于成像光谱仪的能量被划分到多个谱段，因此每个谱段信噪比更差，系统工作距离更近。

一般认为噪声是有害的，然而基于调制不稳定性的非线性系统可以有效利用噪声，使噪声能量在空间域向信号方向转移，在某个时刻系统信号、噪声达到协同，此时输出信噪比达到峰值，这种技术被称为随机共振技术。将随机共振技术应用到水下光谱成像仪中，提高系统信噪比，从而在一定程度上提高系统的水下探测距离。因此如何将随机共振技术应用到水下光谱成像仪中是一个研究重点。

发明内容

为了解决光学成像系统在水中不清晰和信噪比低，导致探测距离近的问题，本发明提供了一种用于水下的非线性光谱成像系统及方法，用于探测海洋水下目标的二维空间信息和光谱信息，可以获得较高信噪比，提高系统工作距离。

本发明的技术解决方案是提供一种用于水下的非线性光谱成像系统，包括沿光路依次设置的前置光学系统1、准直镜2、第一分光元件、DMD或空间光调制器4、第二分光元件及成像镜6；

其特殊之处在于：

还包括随机共振系统和微光探测器7；

上述微光探测器7位于成像镜6的焦平面处，用于探测图像信息并将图像信息反馈至随机共振系统；

上述随机共振系统包括非线性晶体单元8与反馈电压调整系统；上述非线性晶体单元8位于前置光学系统1的一次像面处，用于对光信号进行非线性调制；上述反馈电压调整系统与微光探测器7及非线性晶体单元连接，微光探测器7将图像信息反馈至反馈电压调整系统，反馈电压调整系统用于根据微光探测器7反馈的图像信息调整非线性晶体单元8的电压。

优选地，为了解决不同工艺材料生长的非线性晶体仅在某一窄带范围内(100nm)具有随机共振的能力的问题，上述非线性晶体单元8包括四种不同的非线性晶体，排列为田字形放置于前置光学系统1的一次像面处，上述非线性晶体单元能够沿非线性晶体单元的中心轴转动。

优选地，四种不同的非线性晶体分别在不同的窄带范围内具有随机共振能力，四种不同的非线性晶体组合能够实现在可见光范围内随机共振。

优选地，上述第一分光元件与第二分光元件均为光栅。

优选地，上述微光探测器7为EMCCD、SCMOS、CCD或ICCD。

本发明还提供一种基于上述的成像系统的水下的非线性光谱成像方法，包括以下步骤：