水下光电成像技术

1、水下光电成像技术水下光电成像技术 引言引言鉴于对深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业、考古和救援的迫切需求，使得水下光电成像技术研究和装备研制成为当前国内外重点研究方向之一。随着我国海洋、江河和地下水资源勘探、开发和利用的日益深入，以及领海主权防卫的军事需求日趋迫切，实现水下高分辨力环境勘测、目标探测与定位分析技术成为众多领域水下装备作业迫切需要解决的问题。目前水下成像探测技术主要有声探测和光电探测两种途径。国内外水下光电成像系统的发展国内外水下光电成像系统的发展 距离选通技术是利用脉冲激光器和选通摄像机，以脉冲发射和开启成像时间的先后分开不同距离上的散射光和目标场景反射光，使由被目标场景反

2、射回来的辐射脉冲刚好在摄像机选通开启时间内到达摄像机并成像。如果选通脉冲宽度和激光脉冲宽度都很窄，使得只有目标附近的反射光才能到达摄像机并成像，传输路径上的大部分后向散射光被隔离，从而可大大减小后向散射光的影响，提高系统的探测和识别距离。典型的水下距离选通光电成像系统典型的水下距离选通光电成像系统1. 加拿大 ：目前典型的水下距离选通成像系统是加拿大DRDC Valcartier（国防研究所）的 LUCIE 系列产品，装载在 ROV 上可工作在 200m 的海下，对港口和深海进行探测和监测。该产品至今已发展了三代。2. 美国：美国 SPARTA 公司研制了一款称为 See-Ray 的距离选通成

3、像系统，采用 532nm Nd：YAG 激光器主动照明，单脉冲能量100mJ；接收器采用 XYBION电子系统公司生产的 ICCD。该系统有两个版本，一种是手持式以便潜水员使用，一种为远程式适合于安装在 ROV 上。获取 5.6AL 距离上的分辨力靶标图像，能探测到靶标的距离是 6.4AL。 3. 高精度 3-D 激光雷达:丹麦国防研究所的研究人员开发了一款高精度距离选通相机，可在几秒钟内构造出 3-D 图像。该系统用于识别水雷。 4. 超短脉冲距离选通成像: 美国研究人员测试了一种门宽低至120ps 的选通成像系统。激光器为 532nm Nd：YAG，脉冲 FWHW是 0.5ns。系统能获得

4、 6.5AL 距离上的分辨力靶图像。5. 水下激光雷达成像 : 南洋理工大学研制了一款距离选通成像系统。主动光源采用 5ns 脉宽 532nm YAG 激光器，单脉冲能量 160mJ，接收器采用 ICCD。Andrzej Sluzek 等利用该系统进行选通图像的自适应融合，获得所有成像路径上的目标图像，增大了距离选通系统的影深。6. Aqua Lynx 水下距离选通相机 : 瑞典国防研究所，采用二极管泵浦 Nd:YAG 激光器，532nm 蓝绿光重频 0.2Hz，平均功率 1W，脉宽5ns；GenII/GenII像增强器，选通门宽6ns，亮度增益最高 25000；系统由两个圆柱体组成，尺寸均为

5、15cm50cm（直径长度）；工作范围：3100m；最小可分辨距离30cm；图像分辨率 768576pixels；功耗 80W，重 30kg。7. 北京理工大学水下距离选通相机 : “十五”期间北京理工大学与北方夜视公司合作，研制成功适合水下激光成像系统用的高性能 ns 级选通型超二代微光 ICCD 器件，突破了距离选通成像小型程控电源及其控制技术，成功进行了水下和陆上的选通成像实验。2006 年获得国家 863 计划“海洋技术”领域“深海探测与作业技术”专题“水下运载技术”方向“深海水下运载平台的激光距离选通成像探测技术研究”（2006AA09Z207）的支持，开展水下脉冲激光距离选通成像技

6、术研究，采用 5ns 脉宽的距离选通 ICCD 成像系统和 DPL Nd:YAG 大功率脉冲激光器，研制成水下距离选通成像实验系统，进行了实际水下成像实验，连续实时上传的水下视频图像具有较好的成像效果。其它水下距离选通成像系统其它水下距离选通成像系统 国外其他较典型的水下距离选通成像系统还有： 1）1997 年在美国海军支持下，SEO（Schwartz Electro-Optics, Inc.）研制的水下激光距离选通成像系统 ULIS采用二极管泵浦 Nd:YLF 激光器（倍频输出波长 532.5nm）和三代像增强器，激光器采用创新的稳频技术减小激光器的线宽，接收器前配有小于 1nm 的窄带滤光

7、片，有效降低到达接收器的背景噪声。脉冲重频 5kHz，平均输出功率 1W，脉宽 10ns，光束发散角 2.2mrad。系统可实现三维测量，Z 轴分辨力为 10cm。对于 2.5103 cm2的水雷，当水衰减系数为 0.004cm1时，最大探测距离 15m，当水的衰减系数为 0.001cm1时，最大探测距离 50m。 2）美国 Northrup Underwater Division 1997 年开发的 SM2000 水下激光成像系统装在海军海豚潜艇腹部。SM2000 采用输出功率 1.5W、工作波长为 488nm和 514nm 的氩离子连续激光器，采用同步扫描技术，最大工作深度 1500m；摄

8、像距离 2.445m；俯视扫描宽度 363m；扫描角范围 1570。潜艇的前进速度为 0.5kn6kn，能看清水下 30m 远直径为 0.15m的物体；输出 RS170/CCIR 标准视频。 3）法国 IFREMER 距离选通激光成像系统采用二极管泵浦 Nd: YAG 激光器，波长 532nm，脉宽 10ns，输出功率 2mW，发散角 0.6mrad。接收器为选通型ICCD，选通控制 5ns20ms，观察距离 070m。后记后记近年来国外在水下光电成像技术方面开展了许 多有益的工作，不仅水下激光距离选通成像、LLS 和偏振成像等技术已成功用于ROV或AUV平台及其它水下成像观测，而且这些技术途径不断得到发展，提出了一些新的水下光电成像方法，且特别强调数字图像处理技术在水下