[发明专利]波纹传感器、波纹重建方法及其应用

说明书

本发明揭示了一种波纹传感器、波纹重建方法及其应用，其中该波纹传感器包括采样阵列，用于对穿过波纹的折射光线进行采样；反射板，包括光接收面，光接收面用于接收被采样的折射光线并形成采样光斑；第一成像元件，用于对光接收面成像以获取采样光斑的分布信息；控制元件，用于根据采样光斑的分布信息、反射板和第一成像元件的相对位置信息、与采样光斑对应的采样阵列中阵列单元的位置信息、以及与被采样的折射光线对应的入射光线的方向信息，重建波纹分布；通过采用反射板作为采样折射光线的光斑成像元件，避免了透射式成像的错位光斑现象，增加了可以在水下的应用深度，提高了水面对空成像应用中的成像校正效果。

技术领域

本发明属于水下对空成像技术领域，具体涉及一种波纹传感器、波纹重建方法及其应用。

背景技术

针对水面上目标的观测，可以通过在水面上陆地建立监控装置、或者在水下根据光的反射原理应用潜望镜来实时的观测。然而，这些观测方式的隐蔽性差，容易暴露监控者的位置信息，从而限制了在例如边关海防等领域的应用。

与之对应地，从水下对水面以上目标的直接观测则存在一些巨大的挑战，参图7所示，水体表面的波纹起伏会对入射的光线造成随机的散射干扰，当波纹较小水面比较平静时候，这种干扰是可以忽略的(参图8(a)水面为静止平面时从水下拍摄空中的棋盘板图像)，而当波纹起伏越剧烈时，则图像扭曲、畸变严重，特别是海洋上强波浪情况下，图像完全失真、不能辨识目标(参图8(b)水面有起伏时从水下拍摄空中的棋盘板图像)。

波纹传感器于2014年由以色列的Marina Alterman等人提出，其参考大气自适应光学的Shack-Hartmann波前传感器概念，采用小孔阵列或者微透镜阵列对波纹分布进行采样和测量，并从测量信息中重建波纹分布。波纹传感器适用于室外环境，抗干扰能力强，在海洋环境中具有很大的应用潜力，成为海洋水下对空成像波纹重建与校正的潜在途径，受到了各方关注。但是，受制于现有波纹传感器的结构设计，当前波纹传感器在水下对空成像的校正仍然不够理想，例如，(1)参图9和10，现有技术的波纹传感器采用透射式毛玻璃板散射板作为光斑装接成像器件，散射体上下表面都会形成错位光斑，光斑识别定位误差较大，而且散射体的反射、散射和吸收对光能有明显的消耗，减少了传感器的可用水下深度，降低了其隐蔽性和实用性；(2)水面波纹重建精度不高，特别是空间采样点数较少时，重建误差较大。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种波纹传感器，用于提高水面波纹的重建精度，提高水下对空成像应用中的校正效果，该波纹传感器包括：

采样阵列，用于对穿过波纹的折射光线进行采样；

反射板，包括光接收面，所述光接收面用于接收被采样的折射光线并形成采样光斑；

第一成像元件，用于对所述光接收面成像以获取所述采样光斑的分布信息；

控制元件，用于根据所述采样光斑的分布信息、所述反射板和第一成像元件的相对位置信息、与所述采样光斑对应的采样阵列中阵列单元的位置信息、以及与被采样的折射光线对应的入射光线的方向信息，重建波纹分布。

一实施例中，所述采样阵列为小孔阵列或微透镜阵列。

一实施例中，所述控制元件具体用于根据所述采样光斑的分布信息、所述反射板和第一成像元件的相对位置信息，计算所述采样光斑的位置信息；以及，

根据所述采样光斑的位置信息以及与所述采样光斑对应的采样阵列中阵列单元的位置信息，计算所述被采样的折射光线的方向信息；以及，

根据所述被采样的折射光线的方向信息以及与所述被采样的折射光线对应的入射光线的方向信息，计算对应波纹采样点的法向量，进而重建波纹分布。