[发明专利]一种基于LCTF的水下对空多光谱成像装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于LCTF的水下对空多光谱成像装置，包括装置本体和主控计算机，装置本体包括水密本体外壳、水密接头、水密玻璃窗口、嵌入式控制板、电源板、镜头控制板和带有变焦镜头的CCD相机；还公开了其成像方法，先获得水体衰减参数和多光谱参考图像，然后将装置本体置于水下，空中目标依次通过空气、水空界面和水体后，透过水密玻璃窗口进入液晶可调谐滤光器可调谐滤波，最终在CCD相机上得到不同光波长的图像信息，最后对多光谱图像进行校正，获得真实的目标多光谱图像；本发明装置可获得宽波段高精度水下及水下对空目标图像，本发明方法减小了系统和水体不同光谱响应差异对测量的影响。

技术领域

本发明属于水下对空光电探测成像技术领域，具体涉及一种基于液晶可调谐滤光器(LCTF)的水下对空多光谱成像装置，以及成像方法。

背景技术

在水下对空光电探测成像时，现有的水下对空成像体制技术仅得到单色光波段的成像信息，即使利用彩色相机也只能得到红绿蓝三个波段信息，无法得到多光谱波段信息。

现有的多光谱成像体制有：基于棱镜、光栅分光的多光谱成像系统和基于轮转滤光片的光谱成像系统。

其中基于棱镜、光栅分光的多光谱成像系统优点是光能量损失少，光谱分辨率小；缺点是不能消除水体对光谱成像的影响，并且成像时间长，约7s左右，价格昂贵。

而基于轮转滤光片的光谱成像系统优点是光能量损失少；缺点是成像时间长，需要电机转动，可能带机械振动影响，产生进一步的噪声。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明的目的之一是提供一种基于液晶可调谐滤光器(LCTF)的水下对空多光谱成像装置，充分利用水下对空成像目标的光谱特性实现高光谱分辨率的水下对空多光谱成像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于LCTF的水下对空多光谱成像装置和方法，包括装置本体以及通过水密电缆与装置本体连接的主控计算机，所述的装置本体包括水密本体外壳以及设置在本体外壳上的水密接头和水密玻璃窗口，还包括设置在本体外壳内的嵌入式控制板以及通过连接线缆分别与嵌入式控制板连接的电源板、镜头控制板和带有变焦镜头的CCD相机，CCD相机与电源板连接，电源板和嵌入式控制板与水密接头连接，变焦镜头正对水密玻璃窗口，所述的变焦镜头和水密玻璃窗口之间或者变焦镜头和CCD相机之间设置有与嵌入式控制板连接的液晶可调谐滤光器(LCTF)。

所述的一种基于LCTF的水下对空多光谱成像装置，其本体外壳内还设置有散热风扇，与水密接头连接。

本发明的目的之二是提供一种基于液晶可调谐滤光器(LCTF)的水下对空多光谱成像方法，步骤为：首先，获得水体衰减参数，通过等能白光照射粗糙度均匀的白板采集多光谱参考图像；然后，通过水密电缆连接主控计算机和装置本体，将主控计算机置于水上，将装置本体置于水下某一深度，观察水上空中目标；空中目标依次通过空气、水空界面和水体后，再透过水密玻璃窗口，经过液晶可调谐滤光器可调谐滤波后进入变焦镜头成像，或者经过变焦镜头成像后进入液晶可调谐滤光器可调谐滤波，最终在CCD相机上得到不同光波长的图像信息；最后，对多光谱图像进行校正，获得真实的目标多光谱图像。

进一步，所述的多光谱参考图像通过如下步骤得到：

1)，在空气中利用可见光全光谱等能白光光源照射到粗糙度均匀的白板上；

2)，在装置本体上设置液晶可调谐滤光器的起始波长为450nm，终止波长为750nm，设置波长步阶，设置CCD相机的曝光时间为固定曝光时间，通过水密电缆控制液晶可调谐滤光器、CCD相机和变焦镜头，调焦对焦后，以合适的视场在空气中适当的距离观察放置的白板平面；

3)，根据液晶可调谐滤光器设置波长—CCD相机图像采集—液晶可调谐滤光器设置波长—CCD相机图像采集，…，依次循环步进，在450～750nm范围采集不同波长下对应的白板图像，作为参考图像R_λ(x,y)；