混合光場水下光學二維與三維探測研究.pdf

1、海洋科技日益成為世界各國經(jīng)濟與科技競爭的焦點之一。海洋開發(fā)，需要獲取大范圍、精確的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，以便進行海底勘探、取樣、水下施工等。要完成上述任務，需要一系列的海洋開發(fā)支撐技術(shù)，包括深海探測、深潛、海洋遙感、海洋導航等。作為水下探測的重要手段，水下成像技術(shù)的需求也越來越多，其中主要涉及水下照明及三維圖像重建問題。本文提出了水下非均勻光場照明和激光掃描三維重建的方案，并進行了實驗和研究。
　　本文系統(tǒng)研究了水下光場和水下圖像的基本理

2、論，設計了一種非均勻光場水下探測設備。由于水下目標成像質(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水下大尺寸高速度目標的成像，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計光分布），非均勻照明系統(tǒng)需要滿足遠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，遠距離目標反射光增強，從而達到提高信噪比的目的。依據(jù)該

3、方法極大的提高了探測距離，使得探測距離可以達到1.5-1.6倍能見度以上，達到瓦級激光系統(tǒng)水平，又可兼具功耗低、體積小、重量輕等特點。
　　同時基于結(jié)構(gòu)光掃描原理，設計了一種針對水下目標或場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區(qū)域，用標定板進行標定，建立采樣數(shù)據(jù)的二維像素坐標系與三維世界坐標系的映射關(guān)系，通過坐標系變換，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。
　　本文在實驗中使用非均勻光場對水下目標進行