[发明专利]一种海洋复杂环境动态高精度光学联合成像方法及系统

说明书

本发明涉及一种海洋复杂环境动态高精度光学联合成像方法及系统，解决现有海洋成像技术存在后向散射、前向散射、湍流、运动拖影等因素造成图像分辨率低和成像畸变的问题。该系统包括LED脉冲光源、发射光学单元、起偏器、目标物、接收光学单元、光学随机共振单元、分焦平面偏振成像单元7、分焦平面偏振成像探测器、同步控制单元，发射光学单元、起偏器位于脉冲光源的输出光路上，接收光学单元、光学随机共振单元、分焦平面偏振成像单元、分焦平面偏振成像探测器位于探测光束对海洋水下目标物进行成像后返回光束的传输光路上。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种基于主动偏振、随机共振和高速摄影的海洋复杂环境动态高精度光学联合成像方法及系统。

背景技术

水下光学成像技术被广泛应用在海洋复杂环境下目标搜索、环境监测等领域，因而可以在海洋科学研究中发挥重大作用。目前海洋水下目标成像技术虽然取得了较大进展，但其在海洋领域的应用仍存在诸多技术难点，包括：海水对光波的吸收作用导致探测光束能量衰减较大；水中悬浮颗粒对探测光和返回的目标图像信号存在随机干扰而引入后向散射噪声和前向散射噪声，导致图像对比度和图像分辨率降低；温度和盐度随机起伏引起的海洋湍流具有复杂的折射率分布，引起图像波前相位起伏，导致成像畸变；此外，搭载光学成像系统的平台快速运动容易引起成像拖影。

目前，发展较为成熟的水下成像技术包括距离选通成像技术、偏振光成像技术等。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。但选通门开关时间的提前预知意味着该系统只能探测特定距离下的目标，且成像视场角小。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，是一种很有前景的水下成像技术。尽管距离选通和偏振成像技术在抑制后向散射噪声方面发挥了积极的作用，但无法同时处理前向散射、湍流和运动拖影等因素造成的图像分辨率低和成像畸变问题。因此，亟待发展有效的水下光学成像技术，解决海洋复杂环境动态高精度精细目标成像受散射、湍流及运动拖影等因素影响的难题。

发明内容

本发明的目的是解决现有海洋成像技术存在前向散射、后向散射、湍流、运动拖影等因素造成图像分辨率低和成像畸变的问题，提供了一种基于主动偏振、随机共振、高速摄影的海洋复杂环境动态高精度光学联合成像方法及系统。

为实现以上发明目的，本发明的技术解决方案如下：

一种海洋复杂环境动态高精度光学联合成像方法，包括以下步骤：

步骤一、LED脉冲光源发出脉冲光束，随后对脉冲光束进行准直处理，将准直后的光束通过起偏器转变为线偏振光，该线偏振光作为探测光束对海洋复杂环境中的目标物进行照明；

步骤二、探测光束经海水衰减、散射后对目标物进行成像，被目标物反射的图像信号在传输过程中受前向散射、后向散射和湍流的影响，形成对比度和分辨率降低的畸变模糊图像信号；

步骤三、对返回的畸变模糊图像信号进行接收，将接收的图像信号通过透镜组对光束进行聚焦准直，然后通过自适应光学系统快速校正湍流引起的波前畸变；

步骤四、将步骤三处理后的图像信号输入到非线性晶体中，通过控制晶体的外加电压改变晶体的非线性强度，使得含噪图像信号发生基于调制不稳定性效应的光学随机共振，实现前向散射噪声能量向图像信号转移，重构被噪声湮没的弱光图像信号；

步骤五、将步骤四获取的弱光图像信号通过分焦平面偏振成像单元进行滤除后向散射噪声处理；

步骤六、分焦平面偏振成像探测器的快门打开，对步骤五处理后的图像信号进行探测成像，分焦平面偏振成像探测器的快门打开时间与步骤一中LED脉冲光源发出脉冲光束的时间同步，在相同曝光时间内采集短脉冲图像，消除运动拖影。