混合光場(chǎng)水下光學(xué)二維與三維探測(cè)研究.pdf

1、海洋科技日益成為世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。海洋開(kāi)發(fā)，需要獲取大范圍、精確的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行海底勘探、取樣、水下施工等。要完成上述任務(wù)，需要一系列的海洋開(kāi)發(fā)支撐技術(shù)，包括深海探測(cè)、深潛、海洋遙感、海洋導(dǎo)航等。作為水下探測(cè)的重要手段，水下成像技術(shù)的需求也越來(lái)越多，其中主要涉及水下照明及三維圖像重建問(wèn)題。本文提出了水下非均勻光場(chǎng)照明和激光掃描三維重建的方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和研究。
　　本文系統(tǒng)研究了水下光場(chǎng)和水下圖像的基本理

2、論，設(shè)計(jì)了一種非均勻光場(chǎng)水下探測(cè)設(shè)備。由于水下目標(biāo)成像質(zhì)量的優(yōu)劣取決于水質(zhì)條件、接收器種類、光源照明方式等因素。要在低透明度條件下對(duì)水下大尺寸高速度目標(biāo)的成像，要滿足大范圍照明、低散射影響和高信噪比的條件。依據(jù)水下光能量傳遞理論（輻射傳遞方程及比爾朗伯特定律采用反演形式設(shè)計(jì)光分布），非均勻照明系統(tǒng)需要滿足遠(yuǎn)距離高能量密度投送，近距離低能量密度照明的要求，以此使得近距離散射光能量減少，遠(yuǎn)距離目標(biāo)反射光增強(qiáng)，從而達(dá)到提高信噪比的目的。依據(jù)該

3、方法極大的提高了探測(cè)距離，使得探測(cè)距離可以達(dá)到1.5-1.6倍能見(jiàn)度以上，達(dá)到瓦級(jí)激光系統(tǒng)水平，又可兼具功耗低、體積小、重量輕等特點(diǎn)。
　　同時(shí)基于結(jié)構(gòu)光掃描原理，設(shè)計(jì)了一種針對(duì)水下目標(biāo)或場(chǎng)景的激光掃描三維重建方法，此方法使用激光線光源掃描探測(cè)區(qū)域，用標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定，建立采樣數(shù)據(jù)的二維像素坐標(biāo)系與三維世界坐標(biāo)系的映射關(guān)系，通過(guò)坐標(biāo)系變換，將二維線結(jié)構(gòu)光掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S物體信息。
　　本文在實(shí)驗(yàn)中使用非均勻光場(chǎng)對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行