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激光水下成像技术及其进展

导读: 本文概述了当前水下激光成像技术的工作原理、特点和发展状况, 阐述了对水下图像进行处理的相关技术。

  本文主要介绍了近年发展起来的三种主要的激光水下成像方法, 即常规水下激光成像、高分辨率水下激光三维成像和偏振激光成像, 分析了它们各自的工作原理、特点以及各自的发展状况。

  水下成像技术在水下目标发现、海面材料探测及海洋地理工程中具有广泛而重要的应用价值, 正受到各国研究者的日益重视。与我们平常所见空气中成像技术不同, 水介质的特性是强散射效应和快速吸收功率衰减, 因此直接将摄像机运用到水中, 由于强散射效应, 图像的噪声很大, 且距离有限。激光器的运用从某种程度解决了成像的距离问题, 在过去的几年中, 成像距离和图像质量得到了很大程度的提高, 这些进步都是因为采用了非传统成像技术和激光技术。本文对主要的几种水下成像技术进行了分析, 讨论了它们各自的技术原理和发展动态。

  1 工作原理

  由上所述, 与大气成像技术相比, 水下成像技术的重点是要减小水这一特定介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对成像质量的限制。目前已经有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果, 它们的工作原理和技术特点见表1。

  1. 1 常规水下成像技术。

  常规水下成像技术包括激光扫描水下成像和距离选通激光水下成像。其中激光扫描水下成像是利用水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。在这种系统中, 探测器与激光束分开放置, 激光发射器使用的是窄光束的连续激光器, 同时使用窄视场角的接收器, 两个视场间只有很小的重叠部分, 从而减小探测器所接收到的散射光。利用同步扫描技术, 逐个像素点探测来重建图像。因此这种技术主要依靠高灵敏度探测器在窄小的视场内跟踪和接收目标信息, 从而大大减小了后向散射光对成像的影响, 进而提高了系统信噪比和作用距离。

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