[发明专利]一种适用于对水下目标蓝绿激光距离选通成像的无遗漏扫描方法

说明书

本发明公开了一种适用于对水下目标蓝绿激光距离选通成像的无遗漏扫描方法，属于水下光电探测领域。本方法适用于蓝绿激光距离选通成像，采用转台机构使光轴绕载体横滚轴做往返步进扫描，以此扩展视场形成横向的图像序列，每次步进到位后，传感器开始曝光，转台隔离载体姿态变化对光轴的扰动，光轴沿载体航行的反方向调转做航速补偿，使光轴与目标的交点在传感器曝光时间内保持稳定。步进扫描、航速补偿与扰动隔离共同作用，随载体航行形成带状图像，实现大地坐标系下的无遗漏扫描成像。本发明有效解决了距离选通成像传感器视场小的问题，还解决了载体运动导致成像模糊的问题，提高了动平台距离选通成像的质量，可用于地貌、管线、水雷等的水下成像，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于水下光电探测技术领域，主要涉及一种对水下目标激光成像的扫描方法，尤其涉及一种适用于对水下目标蓝绿激光距离选通成像的无遗漏扫描方法。

背景技术

由于海水对可见光波段存在较强烈的衰减作用，加上水体后向散射光噪声的影响，水下可见光成像探测距离相对较小，而海水中存在蓝绿光透射窗口，因此，水下成像探测大多采用主动激光成像。距离选通成像是目前对水下目标成像采用较多的一种技术手段，利用波长532nm的窄脉冲蓝绿激光为照射光源，利用ICCD等传感器接收目标反射信号成像，通过传感器快速选通技术来抑制水体后向散射信号，成像空间分辨率较高，距离分辨率由激光脉冲宽度和选通门宽度决定。距离选通技术具有成像清晰、对比度高、不受环境光源的影响等优点。

目前公开的相关技术有：加拿大的水下激光成像系统(LUCEI)利用距离选通技术来消除后向散射光。该系统采用二极管泵浦Nd:YAG倍频激光器，工作波长为532nm，脉冲重复频率为2kHz，平均输出功率为80mW，脉宽为8ns，光束发散角为6.7mrad。光电探测器为选通式CCD摄像机，有效观察距离比普通摄像机远3～5倍。

美国卡曼公司研制的“魔灯(Magic Lantern)”激光探雷系统，“安装于SH-2F直升机上，飞行高度140～320m，采用脉冲能量100mJ、重复率40Hz、脉宽10ns的Nd:YAG 倍频激光器，由六个ICCD相机同时捕获水下不同深度处的水雷目标，通过计算机处理显示疑似水雷目标的形状及位置。

美国诺斯罗普·格鲁曼公司开始于2002年开始研发“快速机载灭雷系统(RAMICS)”，2007年进行装机试验。RAMICS采用距离选通技术对猎雷系统(如机载激光水雷探测系统ALMDS)已捕获的分布在近海面区域的锚雷进行快速捕获、识别、分类和精确定位，引导超空泡火力系统清除水雷，并对灭雷效果进行评估。

张毅等人在《南京理工大学学报》2007.31(6):p753-756中发表的文章“循环步进延时距离选通水下微光三维成像”提出了循环步进延时控制距离选通同步脉冲产生机理，使同步选通脉冲循环延迟时间序列与拟探测区域的距离序列相匹配，实现了不同距离情况下水体的扫描成像，再通过三维图像生成实现水体的三维成像显示。该文所述的成像方法是在不同的选通距离上扫描成像，在景深上扩大了成像探测的范围，但未扩展横向探测成像的范围。

钟炜等人在《光学学报》2016.36(4):p0401005-1～0401005-6中发表的文章“水下距离选通成像雷达激光照明模型”为了在探测距离内获得有效的照明范围，在小角度散射条件下，推导了水体光束扩展函数，提出了一种水下高斯光束激光照明模型，该模型通过连续变倍放大系统增加照明光束的发散角，实现对不同成像距离的目标区域进行有效照明。

韩宏伟等人在《激光技术》2011.35(2):p226-229中发表的文章“一种用于水下距离选通成像的变步长扫描方法”采用一种用于距离选通水下激光成像的变步长的延迟递增方法，首先通过辐射探测理论和景深原理确定接收镜头的焦距和对焦位置以及系统需要扫描的范围，再依据水下激光脉冲时域展宽理论确定延迟递进的步长和相应的选通门宽，既减少“切片”数目又保证图像质量，该方法所述的扫描方法同样是成像距离方向上的扫描。