[发明专利]一种适用于水下动平台的蓝绿激光距离选通扫描成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于水下动平台的蓝绿激光距离选通扫描成像装置及方法，使用同一套伺服机构实现垂扫、前视二种工作模式。其中，垂扫模式通过与动平台航速匹配垂直扇扫对水底快速成像，可用于水下地貌勘测绘图；海底石油管线、光缆维护勘测；寻找水下失事船只、飞机残骸。前视模式通过抵近目标微扫成像，可用于锚雷、沉底雷成像辨识；反蛙人、UUV、AUV；大型水面舰船水下船体损伤勘查以及维修效果评估和高经济价值水上平台、港口的水下警戒。该成像探测装置通过适配可以搭载多种水下航行器，实现水下快速成像扫描，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于水下光电成像探测技术领域，主要涉及一种水下扫描成像装置及方法，尤其涉及一种适用于水下动平台的蓝绿激光距离选通扫描成像装置及方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人类已经进入开发和利用海洋的时代。随着水下机器人技术的快速发展，水下探测技术，尤其是水下快速探测，以及对水下特定目标的清晰成像应用得到广泛关注。目前广泛应用的高灵敏度水下摄像机，在非常干净的水中可以拍摄到大约十几米左右的景物，探测距离较近，探测效率低，难以满足大范围水下快速探测的需求。在亮度较暗或者无光的海底环境，还需要照明才可以成像，所以运动载体即水下机器人的耐压壳体表面需要安装透明导流罩和照明灯罩。

摄像机通过水下机器人耐压壳体上安装的透明导流罩对观察的物体进行成像，同时导流罩起到密封耐压壳体的作用。目前应用的透明罩是球扇形透明罩，球扇形的透明罩不会产生因不同波长的光在不同介质交界处产生的折射所引起的畸变和色散，在水下受力均匀，可以承受较高的压力，但是此种透明罩加工困难，成本高，尤其是大口径的加工和成本会更高。

发明内容

由于海水对波长在0.47～0.58μm波段内的蓝绿光比对其他光波段的衰减要小很多，所以应用蓝绿激光的水下探测系统作用距离远，用于水下目标的探测识别可以获得比声呐更高的测距、定位和成像精度。因此可以将蓝绿激光扫描成像系统搭载于水下机器人或无人潜航器(UUV)，用于水下成像，利用波长532nm的蓝绿激光为照射光源，通过距离选通型ICCD接收目标反射信号成像。

但距离选通型ICCD光学成像系统的探测视场较小，在水下动平台行进的同时，ICCD需要水下动平台绕横滚轴在一定角度范围内往返步进扫描，以获得连续的多帧图像，存储并进行图像拼接，从而实现视场的扩展。因此本发明针对水下动平台适应性搭载快速大区域范围搜索扫描成像和近距离识别的需求，提供一种适用于水下动平台成像探测和高分辨率识别的蓝绿激光成像装置及方法。在充分发挥水下蓝绿激光距离选通成像技术优点的同时通过步进扫描扩展成像探测视场，并通过步进扫描、航速补偿与扰动隔离共同作用，避免扫描区域出现遗漏，以及因载体运动产生的成像模糊、错帧等问题。

本发明的技术方案为：

所述一种适用于水下动平台的蓝绿激光距离选通扫描成像装置，其特征在于：包括前视窗口组件、头罩、垂扫窗口组件、中筒、后罩、伺服转动框架和传感器系统；

所述头罩主体部分采用球面结构，头罩后部圆形接口与中筒前端密封固定连接；在头罩前部下方具有开口，开口内密封安装有前视窗口组件；所述中筒为空心圆柱壳体，在中筒的底部壁面上具有开口，开口内密封安装有垂扫窗口组件；所述后罩为两端开口的中空结构，后罩前端与中筒后端密封固定连接，后罩后端与水下动平台载体密封固定连接；

所述中筒内部安装有伺服转动框架，所述传感器系统固定安装在伺服转动框架上；所述传感器系统为距离选通成像传感器系统；所述伺服转动框架包括纵摇环架和横滚环架；横滚环架能够带动传感器系统的光轴在垂直于水下动平台载体横滚轴的平面内摆动，纵摇环架能够带动传感器系统的光轴在垂直于水下动平台载体纵摇轴的平面内摆动。

进一步的优选方案，所述一种适用于水下动平台的蓝绿激光距离选通扫描成像装置，其特征在于：所述传感器系统包括激光发射器、ICCD成像镜头及ICCD、陀螺，激光发射器、ICCD成像镜头及ICCD、陀螺均安装在光具座上，光具座固定在横滚环架上。