本發(fā)明涉及水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

鑒于深海資源開發(fā)、海洋科研以及水下工程作業(yè)的迫切需求，使得水下激光成像技術(shù)研究和裝備研制成為當前國內(nèi)外重點研究方向之一。但由于光在水中的衰減以及水中的雜質(zhì)對光的散射作用，使得水下激光成像的作用距離和成像質(zhì)量受到影響。研究水下激光成像設(shè)備主要技術(shù)指標及關(guān)鍵參數(shù)的測試和測量，需要搭建相關(guān)的試驗平臺，模擬被測設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境，測試測量其工作特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量的不足，搭建一套可模擬水下環(huán)境的一種水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置及方法，用以模擬水下光電成像設(shè)備的工作環(huán)境，提供水下目標供被測設(shè)備成像，對成像質(zhì)量及最大衰減長度進行測量。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置，其包括：

一試驗水槽、一移動導軌、一目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)、一水下目標觀察窗口、一激光測距儀、多個高度可調(diào)的腳輪以及一計算機；

移動導軌包括兩條精密絲桿，安裝在試驗水槽縱向的兩條長邊的上方；靶板安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)跨接在移動導軌上，可在移動導軌上沿試驗水槽縱向做水平位移；水下目標觀察窗口為透明材質(zhì)，安裝在試驗水槽的一端；激光測距儀安裝在試驗水槽上帶有水下目標觀察窗口的一端上方；腳輪安裝在試驗水槽下方；計算機位于水下目標觀察窗口前方；

移動導軌，用于承載目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)在水平方向上的移動，移動導軌兩條軸線水平且互相平行。

試驗水槽，用于盛放配置好的具有一定水質(zhì)衰減系數(shù)的實驗水樣本，創(chuàng)造一個模擬的水下環(huán)境；

靶板安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)為靶板的安裝機構(gòu)并用于調(diào)節(jié)靶板靶面的方位；

激光測距儀，用于測量水下目標觀察窗口與靶板安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)之間的距離，并發(fā)送到計算機；

腳輪，用于帶動試驗水槽在水平地面上移動，以及固定試驗水槽位置，并用于調(diào)節(jié)試驗水槽的水平角度；

計算機，用于對被測成像設(shè)備的圖像進行處理分析。

在本發(fā)明所述的水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置中，試驗水槽四周壁及底部涂覆黑色吸光材料，用于形成一個暗箱環(huán)境。

在本發(fā)明所述的水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置中，

目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)整手柄、帶直線軸承的安裝支架及目標靶板；

目標靶板安裝在目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)的下部，當試驗水槽盛滿水后，目標靶板完全浸沒在其中，用于提供水下成像目標；調(diào)整手柄用于旋轉(zhuǎn)使目標靶板沿垂向軸線旋轉(zhuǎn)以改變目標靶板的成像角度，且具有角度鎖緊裝置；

目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)通過帶有直線軸承的安裝支架跨接在移動導軌上。

在本發(fā)明所述的水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置中，

水下目標觀察窗口采用高透玻璃制作并鍍增透膜，并進行密封以防止漏水，水下激光成像設(shè)備通過水下目標觀察窗口對浸沒在試驗水槽中的目標靶板成像，水下目標觀察窗口安裝平面應(yīng)試驗水槽縱向垂直。

在本發(fā)明所述的水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置中，

激光測距儀安裝在試驗水槽安裝有水下目標觀察窗口的一端的上方，測距方向瞄準目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)，用于測量出目標靶板的位置，從而得到被測水下激光成像設(shè)備的成像距離，并將成像距離發(fā)送到計算機。

在本發(fā)明所述的水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置中，

計算機用于采集被測水下激光成像設(shè)備對水下目標靶板所成的圖像，并進行分析，確定能分辨的圖像極限，計算最大衰減長度。

在本發(fā)明所述的水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置中，

試驗水槽底部安裝的腳輪為六個，用于承載試驗水槽及安裝在試驗水槽上的其他裝置，通過六個腳輪上的高度調(diào)節(jié)固定裝置可以調(diào)節(jié)試驗水槽的水平角度并固定其位置。

本發(fā)明還提供一種使用上述任一項所述的測量裝置測量水下激光成像設(shè)備最大衰減長度的方法，它包括下述步驟：

第一步、調(diào)節(jié)試驗水槽底部各個腳輪，保證各個腳輪均勻受力，且試驗水槽處于水平；

第二步、檢查移動導軌上的絲桿是否清潔無雜物，目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)在未鎖死的情況下是否能夠在移動導軌上平滑移動，方位調(diào)整手柄是否能夠順利轉(zhuǎn)動；

第三步、在目標靶安裝于方位調(diào)節(jié)機構(gòu)上安裝目標靶板；

第四步、檢查水下目標觀察窗口是否清潔透明，以能夠從水下目標觀察窗口清晰觀察試驗水槽內(nèi)部目標；

第五步、往試驗水槽中注入所需特定衰減系數(shù)的水體樣本，構(gòu)成一個模擬的水下環(huán)境；

第六步、使用被測水下激光成像設(shè)備通過水下目標觀察窗口對浸沒在水中的目標靶板成像，由激光測距儀測量出成像距離，通過計算機中的測量軟件對成像質(zhì)量分析得出被測成像設(shè)備在某特定成像環(huán)境下的最大衰減長度。

在本發(fā)明所述的水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量方法中，通過向試驗水槽中的水里添加不同量的添加物改變衰減系數(shù)，通過調(diào)節(jié)目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)在移動導軌上的位置改變成像距離，通過成像靶板上的不同的靶標圖案來改變圖像對比度和分辨率，以得到不同環(huán)境參數(shù)條件下對不同圖像的水下激光成像最大衰減長度。

本發(fā)明的水下激光成像設(shè)備最大衰減長度測量裝置及方法，根據(jù)水下激光成像設(shè)備的工作特性，采用四周壁及底部涂上黑色吸光材料的試驗水槽，向水槽內(nèi)注滿水后以一個有限的小空間模擬實際大空間的水下環(huán)境；通過往試驗水槽中注入與被模擬環(huán)境相同衰減系數(shù)的水樣本，模擬不同水質(zhì)條件的水下環(huán)境；采用在試驗水槽上安裝目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)，讓目標靶板浸沒在試驗水槽中，模擬被水下激光成像設(shè)備探測的水下目標；通過調(diào)節(jié)目標靶板在試驗水槽中的方位和位置，可以測試目標靶板在不同方位和不同作用距離下在激光成像設(shè)備中的成像質(zhì)量；通過更換不同分辨率對比度的目標靶，可以測試不同分辨率對比度的目標在激光成像設(shè)備中的成像質(zhì)量；通過在試驗水槽的一端設(shè)計水下目標觀察窗口，便于對試驗水槽中目標觀察和進行相關(guān)的測試。本發(fā)明是一套全面系統(tǒng)的測量裝置，可以模擬不同水參數(shù)下的試驗環(huán)境、不同分辨率對比度的水下目標、不同的目標作用距離和方位等，用于對水下激光成像設(shè)備進行成像質(zhì)量及最大衰減長度等參數(shù)的測量。

附圖說明

參照相應(yīng)附圖，結(jié)合優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的其他目的、細節(jié)、特征和優(yōu)勢將變得更為清楚，所述實施例僅為例示性介紹并無限制的意圖，其中：

圖1 為測量裝置組成正視圖；

圖2 為測量裝置組成俯視圖；

圖3為目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)第一組成圖；

圖4為目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)第二組成圖；

1－試驗水槽，2－移動導軌，3－目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)，3.1-調(diào)整手柄，3.2-帶直線軸承的安裝支架，3.3-目標靶板，4－水下目標觀察窗口，5－激光測距儀，6－腳輪，7－計算機。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。

實施例1：是本發(fā)明的一個基本實施例。如圖1所示，一種模擬水下環(huán)境的實驗裝置它包括一個試驗水槽1，用于容納特定衰減系數(shù)的水體；一個移動導軌2，安裝在試驗水槽1縱向的兩條長邊的上方；一個靶板安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3，它包括調(diào)整手柄3.1、帶直線軸承的安裝支架3.2及目標靶板3.3；靶板安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3通過安裝支架3.2跨接在移動導軌2上，可以在移動導軌2上沿試驗水槽1縱向做水平位移，調(diào)整手柄3.1用于調(diào)節(jié)及鎖緊目標靶板3.3的方位；一個水下目標觀察窗口4，安裝在試驗水槽1的一端；一個激光測距儀5，安裝在試驗水槽1上，測量水下目標觀察窗口4與靶板安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3之間的距離；六個帶高度調(diào)節(jié)固定裝置的腳輪6，用于試驗水槽1的移動、調(diào)整及固定。

實施例2：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，試驗水槽1作為一個盛水裝置，其四周壁與底部應(yīng)粘合牢固，可以承受試驗水槽1盛滿水后四周壁及底部的壓力，同時具有防水性能，保證在長期盛水情況下無滲漏情況發(fā)生。試驗水槽1的內(nèi)徑及縱向尺寸根據(jù)需要確定，應(yīng)能夠滿足完成被測水下激光成像設(shè)備的視場和成像距離要求。試驗水槽的形狀根據(jù)實際情況可以設(shè)計為圓筒狀或者長方體。

實施例3：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，其試驗水槽1盛滿水后以一個有限的小空間模擬實際大空間的水下環(huán)境。水下激光成像設(shè)備實際的工作環(huán)境可以認為是一個暗箱環(huán)境，成像目標只受到激光的照明。因此要充分減小試驗水槽1的四周壁及底部對水下激光成像設(shè)備入射照明激光的后向散射和反射，以避免激光的散射和反射再次照射到模擬目標，影響模擬的真實性。因此在試驗水槽1四周壁及底部涂上黑色吸光材料，形成一個暗箱環(huán)境。試驗水槽1四周壁和底部的吸光材料要求耐腐蝕，具有長期穩(wěn)定性，不會對試驗水槽1中的水樣品的物理或者化學特性產(chǎn)生影響從而改變水體的衰減系數(shù)；不會對外部入射激光有散射和反射作用，并且能阻止試驗水槽1外部的光線透過試驗水槽1對內(nèi)部的環(huán)境產(chǎn)生影響。

實施例4：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，其移動導軌2安裝在試驗水槽1縱向的兩條長邊的上方，承載目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3在水平方向上的移動，其兩條軸線水平且互相平行。在移動導軌2上設(shè)置有距離標識刻線，可以指示目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3在移動導軌2上的大致位置。移動導軌2表面拋光處理并具有一定的直線度，便于承載目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3且能順利在其上移動。同時，移動導軌2的兩端設(shè)有限位裝置，防止目標靶安裝于方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3在移動到導軌兩端時碰撞到試驗水槽1的有關(guān)機構(gòu)造成損傷。

實施例5：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，其目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3通過帶有直線軸承的安裝支架3.2跨接在移動導軌2上，可以沿移動導軌2軸線方向上移動，且具有鎖緊功能，在移動到確定的位置后可以通過鎖緊機構(gòu)將目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3固定在移動導軌2上，防止其在水平方向上的滑動影響成像。

實施例6：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，目標靶板3.3安裝在目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3的下部，目標靶板3.3應(yīng)牢固安裝以避免在水中的晃動及漂浮。當試驗水槽1盛滿水后，目標靶板3.3完全浸沒在其中，為被測水下激光成像設(shè)備提供水下成像目標。目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3具有調(diào)整手柄3.1，可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整手柄3.1使目標靶板3.3沿垂向軸線旋轉(zhuǎn)以改變并能夠鎖定靶板平面與被測成像設(shè)備光軸的角度，其作用之一是得到被測成像設(shè)備在不同的成像角度下的水下目標圖像，其作用之二是當目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3在移動導軌2上移動的時候，將目標靶板3.3旋轉(zhuǎn)至與移動導軌2的方向平行，以減小其在水中移動時的阻力，方便操作。

實施例7：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，其水下目標觀察窗口4采用高透玻璃制作并針對被測水下激光成像設(shè)備的工作波長鍍增透膜，嵌入安裝在試驗水槽1的一端，通過帶有密封墊圈的壓板牢固安裝在試驗水槽1的一端的面板上，避免滲水，安裝螺釘使用不銹鋼材料避免銹蝕。水下激光成像設(shè)備通過水下目標觀察窗口4對水下目標成像，水下目標觀察窗口4安裝平面應(yīng)與試驗水槽1縱向垂直。其大小應(yīng)根據(jù)試驗水槽1的端面大小以及被測成像設(shè)備的視場綜合考慮確定，具有一定的強度，能夠承受試驗水槽1內(nèi)部盛滿水的壓力，鍍增透膜以在被測成像設(shè)備的工作波長具有高透過率，減少對入射照明激光的衰減。

實施例8：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，一個激光測距儀5安裝在試驗水槽1帶有觀察窗口4的一端上方，激光測距儀5的測量方向與移動導軌2的方向一致，測距激光瞄準目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3，從而精確測量出目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3在移動導軌2上的位置。再通過確定目標靶板3.3在目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3上的位置以及激光測距儀5與被測水下激光成像設(shè)備之間的距離，從而得出成像距離——即被測成像設(shè)備與目標靶板3.3之間的距離。

實施例9：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，試驗水槽1底部安裝六個腳輪6，腳輪6帶有高度調(diào)節(jié)及鎖緊裝置，當其收起時，試驗水槽1可以通過腳輪在地面移動調(diào)整安放位置，當其放下時，試驗水槽1在地面的位置固定并可以調(diào)節(jié)和鎖定水平方向角度，在腳輪6旁邊還可以設(shè)置輔助支撐裝置以減小試驗水槽1在盛水后的整體結(jié)構(gòu)形變，確保穩(wěn)定。

實施例10：是進一步的實施例。與上述實施例1不同的是，計算機7安裝圖像采集卡采集被測成像設(shè)備對水下目標靶板3.3所成的圖像，并通過對圖像分辨率和對比度的分析，確定被測成像設(shè)備在特定衰減系數(shù)和成像距離上的識別極限，進而計算出被測成像設(shè)備的最大衰減長度。

實施例11：是一種使用本發(fā)明所述的測量裝置模擬某水質(zhì)條件下的水下環(huán)境方法，它包括下述步驟：第一步、調(diào)節(jié)試驗水槽1底部六個腳輪6，保證六個腳輪6均勻受力，且試驗水槽1處于水平；第二步、檢查移動導軌2絲桿是否清潔無雜物，目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3在未鎖死的情況下是否能夠在移動導軌上2平滑移動，方位調(diào)整手柄3.1是否能夠順利轉(zhuǎn)動；第三步、在目標靶安裝于方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3上安裝目標靶板3.3；第四步、檢查水下目標觀察窗口是否清潔透明，以能夠從水下目標觀察窗口清晰觀察試驗水槽1內(nèi)部目標；第五步、往試驗水槽1中注入所需特定衰減系數(shù)的水體樣本，構(gòu)成一個模擬的水下環(huán)境。第六步、使用被測成像設(shè)備通過水下目標觀察窗口4對浸沒在水中的目標靶板3.3成像，由激光測距儀5測量出成像距離，通過計算機7中的測量軟件對成像質(zhì)量分析得出被測成像設(shè)備在某特定成像環(huán)境下的最大衰減長度。

實施例12：是進一步的實施例。與上述實施例11不同的是，其所述特定衰減系數(shù)的水體樣本，是通過向水中添加一定量的無機鹽并充分攪拌均勻來實現(xiàn)，其對激光的衰減系數(shù)由專門的水體衰減系數(shù)測量裝置取樣測量，并記錄在測量軟件中用于計算最大衰減長度。

實施例13：是進一步的實施例。成像環(huán)境參數(shù)的改變通過下述方式實現(xiàn)：通過向試驗水槽1中添加不同量的添加物改變衰減系數(shù)，通過調(diào)節(jié)目標靶安裝與方位調(diào)節(jié)機構(gòu)3在移動導軌2上的位置改變成像距離，通過成像靶板3.3上的不同的靶標圖案來改變圖像對比度和分辨率。在某特定衰減系數(shù)下由被測成像設(shè)備對某特定靶標圖案成像，改變成像距離以至被測成像設(shè)備不能分辨靶標圖案為止得到該條件下的最大成像距離，計算出最大衰減長度；然后保持水體衰減系數(shù)不變，更換靶標圖像后再改變成像距離進行測量；所需圖案靶標測量完畢后，改變水體的衰減系數(shù)，再次重復上述過程。從而得到一組不同衰減系數(shù)條件下，被測成像設(shè)備對不同分辨率和對比度的水下目標的最大衰減長度。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。