[发明专利]一种基于关联成像的水下目标成像装置

说明书

一种基于关联成像的水下目标成像装置，包括放置在密封壳体内的发射系统、接收系统和控制与计算系统；发射系统采用激光照射旋转毛玻璃产生贋热光；接收系统包括参考臂CCD散斑采集模块和物臂门控PMT桶探测模块，通过门控功能对后向散射进行有效滤除；对参考臂采集得到的散斑图像进行增强卷积运算，然后采用压缩感知算法将物臂采集得到的桶探测值与参考臂散斑进行重构计算，最后减去目标附近水体后向散射所引起的重构直流噪声。采用贋热光关联成像的方式对水下目标进行探测，具有更高的发射功率，最后在重构目标图像中进行散斑增强图像去噪，提高了成像的质量，更好的将贋热光强度关联成像应用于水下目标的探测。

技术领域

本发明涉及水下目标探测与成像技术领域，具体涉及一种基于关联成像的水下目标成像装置。

背景技术

海洋科技是海洋开发过程中的第一生产力，也是挖掘海洋经济的重要手段。水下目标的探测和跟踪由于是同时具有商业和军事上的重要价值而受到专业研究人员的重视。目前水下目标的探测技术主要由声纳技术所垄断，由于水是声波较佳的传播媒介，再加上声波在液体介质从中传播的衰减较小，这些优势使得声纳技术具有一定的技术地位。但是声纳技术也受限于海洋水声环境，海洋水声环境的复杂性会使得声波的传播发生畸变，特别是近海区域，由于水底反射，多路径反射等因素，使得回声信号复杂难以区分目标信号。

在此背景下，研究新型的水下成像技术以及目标探测，对于海洋资源的开发和利用就显得更为重要。水下光学成像具有分辨率高，受环境干扰相对较小等声学探测无法忽视的优点，已在水下目标识别、水下跟踪等多种领域广泛应用。目前的水下光学成像，例如ICCD成像虽然成像分辨率高，但是对目标的回波信号强度要求较高，由于水体的衰减作用较强，再加上水下散射光的干扰，成像距离大大缩短，严重影响ICCD成像性能。用于水下的点扫描激光雷达相对于ICCD成像装置，成像距离大大提高，但是由于基于点扫描的成像方式，成像分辨率不高，且不能对移动目标成像，只能做海底静态目标测绘使用。关联成像分成物臂和参考臂两路分别探测，其中物臂并不需要得到目标反射回波的空间分布，只需要得到由目标反射回来的光强涨落信号，即仅仅需要得到桶探测值的相对涨落信息，就可以通过计算得到目标的图像，因此在相同的系统出射功率情况下，关联成像相比ICCD成像具有更远的探测距离，相对于水下点扫描激光雷达具有更好的成像分辨率。激光强度关联成像技术采用主动调制光源照明，将发射光束分为照向目标的信号光以及不经过目标的参考光，将目标反射的回波与参考光进行重构运算即可得到目标图像。最早的关联成像方案使用了纠缠双光子作为光源，通过复合计数，能使物体重新显示在没有经过物体的参考光路上。其中利用关联成像探测水下目标(CN101620273A)的方法，利用晶体的非线性效应产生的纠缠光子对作为光源，进行物臂和参考臂的计算，这种光源体积大，不能做到高功率长时间运行，不利于真实场景应用。

近些年来，赝热光源的发展，使得关联成像技术可以进一步的应用于实际情况。基于计算鬼像的水下成像装置(CN106324615A)利用DMD对光场进行调制，DMD损伤阈值较低，输出功率低于100w/cm²，且DMD表面的会有衍射效应，不能提高发射功率从而限制了成像距离。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种水下关联成像装置以及抑制水下激光传输产生的后向散射的方法，采用蓝绿激光直射到旋转的毛玻璃上从而形成随机涨落的散斑场，通过设计毛玻璃的粗糙度等参数使得散斑场的相位和光强分布满足赝热光源的要求。采用毛玻璃方案，激光输出的功率可达到4Gw/cm²，大大提高了输出功率，从而提高成像距离。采用具有门控功能的PMT桶探测器可以滤掉大量的后向散射光，以防止回波信号被噪声淹没，极大的提高了成像质量。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于关联成像的水下目标成像装置，其特点在于，包括放置在密封壳体内的发射系统、接收系统和控制与计算系统；

所述发射系统包括激光光源、旋转毛玻璃、分束镜和发射镜组；所述接收系统包括接收镜组、CCD散斑采集模块、门控PMT桶探测模块；