[发明专利]一种提升浑浊水下激光成像分辨率的系统及方法

说明书

本发明公开了一种提升浑浊水下激光成像分辨率的系统及方法，包括：激光入射模块，所述激光入射模块包括蓝绿脉冲激光器和发射光学单元，所述蓝绿脉冲激光器的输出端与所述发射光学单元的输入端相连，所述发射光学单元的输出端朝向目标物；及激光成像模块，接收目标物反射的成像信号，所述激光成像模块包括依次连接的接收光学单元、距离选通单元、非线性光折变晶体、成像透镜、光电探测器以及连接所述距离选通单元的数字信号延时器和连接所述非线性光折变晶体的外加电压源。滤除后向散射噪声并提高图像对比度；再控制含噪图像光束非线性自聚焦效应的强度，实现前向散射噪声向图像信号聚集，从而提升浑浊水下目标物激光成像的分辨率。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种提升浑浊水下激光成像分辨率的系统及方法。

背景技术

激光水下目标探测和成像技术具有广阔的应用前景和重要的军事战略意义。目前激光水下目标成像技术虽然取得了较大进展，但由于海水(近海岸海水、海湾、浅海等)浑浊度较高，其在海洋领域的应用仍存在诸多技术难点，例如激光在水下能量衰减较大，导致水下目标的反射信号很弱；以及水中悬浮物对蓝绿激光和目标图像信号的方向和强度存在随机散射的干扰而引入了前向散射噪声和后向散射噪声，这将导致水下目标成像的严重退化，图像对比度和图像分辨率大大降低，图像变得模糊不清。

现有技术中，已经发展了几种较为成熟的消除后向散射光的水下成像技术，包括：距离选通成像技术、条纹管水下三维成像技术、同步扫描技术、偏振光水下成像技术。①距离选通技术采用具有选通功能的接收器，只有当反射光脉冲到达接收器时选通门才处于打开状态，其它时间选通门处于关闭状态，从而抑制了大部分水体后向散射光，极大改善了系统信噪比。但是由于距离选通技术采用全视场接收，在选通门打开时非目标区域的散射光、背景光也进入了接收器而导致一定的额外噪声，限制了系统信噪比的进一步提高。②条纹管水下三维成像技术具有提供完善的三维信息能力的特点，但是成像结果受条纹管本身噪声影响较大，需要条纹管接收器性能并改进图像处理方法。③同步扫描技术基于水的后向散射光强相对于激光中心轴迅速减小的原理，利用空间差异减小进入接收器的后向散射光强度，然后通过同步扫描，以像素点为单位进行探测，最终实现提高成像对比度和探测距离。但高精度探测的保证条件为精密的扫描系统结构设计和精确地同步控制系统，从而导致水下扫描成像系统的高成本和大体积，难以满足灵活性和便携性要求较高的应用需求。④偏振成像技术是根据目标反射光和水体后向散射光偏振特性不一样的原理来改善成像质量的，然而目标反射光通过偏振片时的能量衰减较大。

综上，尽管上述几种技术在抑制后向散射噪声方面发挥了积极的作用，但仍存在许多难以克服的困难限制了浑浊水下目标物成像水平的进一步提高。同时，对于前向散射噪声，由于信号和噪声同频且到达成像探测器的时间一致，目前还未发现较为成熟的方法来消除前向散射噪声。

因此，探索发展能够同时处理前向散射噪声和后向散射噪声的新型水下成像技术对于实现浑浊水下目标高分辨成像意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提升浑浊水下激光成像分辨率的系统及方法，以解决浑浊水下目标物成像存在能量衰减较大以及前向散射噪声和后向散射噪声导致的图像对比度和分辨率降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种提升浑浊水下激光成像分辨率的系统，包括：

激光入射模块，所述激光入射模块包括蓝绿脉冲激光器和发射光学单元，所述蓝绿脉冲激光器的输出端与所述发射光学单元的输入端相连，所述发射光学单元的输出端朝向目标物；及

激光成像模块，接收目标物反射的成像信号，所述激光成像模块包括依次连接的接收光学单元、距离选通单元、非线性光折变晶体、成像透镜、光电探测器以及连接所述距离选通单元的数字信号延时器和连接所述非线性光折变晶体的外加电压源；

其中，所述蓝绿脉冲激光器用于发射脉冲激光束；

所述发射光学单元用于将所述脉冲激光束进行扩束及准直；