水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法及成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法及成像系統(tǒng)，為解決現(xiàn)有技術(shù)測量精度低問題，包括激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高速振鏡、高清高速攝像機(jī)、AUV水密艙a、AUV水密艙b、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器、同步通信控制系統(tǒng)的系統(tǒng)利用投影輸出二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)對水下目標(biāo)照射的同時，再利用高清高速攝像機(jī)對所述被照射水下目標(biāo)變形圖像同步采集，計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)將采集的變形圖像進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸至基站。具有測量精度高，利于大面積測量的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法及成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種水下目標(biāo)成像方法，特別是涉及一種水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法及成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水下地形、地貌的探測，主要是利用聲吶發(fā)出的超聲波，并探測地形的反射回波，但是，這一方法不僅不能探測凸起于海床上的礁石或巖石，而且測量精度、測量點(diǎn)密度難以達(dá)到目前國際水文測繪的精度要求標(biāo)準(zhǔn)，滿足不了進(jìn)行符合水文測繪標(biāo)準(zhǔn)的大范圍海床水文地理測繪的要求，其他，還有合成孔徑聲吶技術(shù)，精度有所提高，但不適合高精度的水下測量?，F(xiàn)在，正在發(fā)展的水下藍(lán)綠激光探測技術(shù)，探測精度優(yōu)于聲吶探測技術(shù)。主要有利用二維振鏡的脈沖激光測深儀，以及利用一維振鏡的激光光束線掃描探深技術(shù)，掃描視場和掃描面積均受制于振鏡的掃描速度，掃描范圍和掃描效率相對較低。
[0003]專利號200510016796.0專利是最相近專利。該專利中，有四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)未能解決。第一，對關(guān)鍵核心部件矩形光柵的選擇沒有針對性，單純利用矩形光柵的制作誤差，實(shí)現(xiàn)的二級光譜輸出，不具有可控性；第二，占有輸入能量70%以上的零級頻譜不能有效利用，且只能降低輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像的對比度；第三，傅立葉變換透鏡及變倍率鏡頭為通用設(shè)計(jì)，沒有針對單一波長光的針對性設(shè)計(jì)，輸出的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像像場像差較大，是測量精度提高的一大障礙；第四，平行光輸出，限制了測量的視場范圍，不利于大面積測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種測量精度高，利于大面積測量的水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法，本發(fā)明目的還在于提供用于實(shí)現(xiàn)該方法的成像系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法是利用投影輸出二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像對水下目標(biāo)照射的同時，再利用高清高速攝像機(jī)對所述被照射水下目標(biāo)變形圖像同步采集，計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)將采集的變形圖像進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0006]激光束是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率的二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光。具有測量精度高，利于大面積測量的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]作為優(yōu)化，所述二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差；
[0008]通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出。
[0009]作為優(yōu)化，采用可直接進(jìn)行小范圍投影測量的平行光投影輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；中等視場使用單色變倍率鏡頭輸出小角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；大視場，則調(diào)整單色變倍率鏡頭，輸出大角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；或者使用高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍；高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影。
[0010]高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影。
[0011]作為優(yōu)化，在下列系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高速振鏡、高清高速攝像機(jī)、AUV水密艙a、AUV水密艙b、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器、同步通信控制系統(tǒng):
[0012]光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；高速振鏡位于單色變倍率鏡頭后面，用以大幅度擴(kuò)大視場范圍；上述元器件全部位于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，并置于AUV水密艙a中；
[0013]高清高速攝像機(jī)以及計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器置于AUV水密艙b中；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)對高清高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)行識別判斷，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取；無線發(fā)射器實(shí)時，或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0014]AUV水密艙a和AUV水密艙b的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定；距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)(17)實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行；
[0015]同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行。
[0016]作為優(yōu)化，水下三維成像過程如下:
[0017]a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件置于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；并全部置于AUV水密艙a中，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器置于AUV水密艙a中；安裝調(diào)試計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器和同步通信控制系統(tǒng)；
[0018]b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計(jì)；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計(jì)相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭；
[0019]c.光束整形系統(tǒng)，采用激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺；
[0020]d.矩形光柵，要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可；
[0021]e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭，均需配合激光器的波長設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求；
[0022]f.頻譜選擇器，包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉；
[0023]g.波片，配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量；
[0024]h.高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍，高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影；
[0025]1.AUV水密艙a保護(hù)激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；
[0026]j.高清高速攝像機(jī)采集經(jīng)待測水下目標(biāo)反射的變形圖像，并傳輸至計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0027]k.AUV水密艙b保護(hù)高清高速攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，接收變形圖像；
[0028]1.測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)，配合正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像輸出和接收變形圖像，采用2塊藍(lán)寶石耐壓窗口 ；
[0029]m.計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速攝像機(jī)采集的變形圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取；
[0030]η.無線發(fā)射器實(shí)時或者適時將探測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0031]ο.同步通信控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行，可采用聲吶通信，近距離可采用藍(lán)綠激光通信。
[0032]用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法的成像系統(tǒng)包括激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高速振鏡、高清高速攝像機(jī)、AUV水密艙a、AUV水密艙b、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器、同步通信控制系統(tǒng):
[0033]光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；高速振鏡位于單色變倍率鏡頭后面，用以大幅度擴(kuò)大視場范圍；上述元器件全部位于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，并置于AUV水密艙a中；
[0034]高清高速攝像機(jī)以及計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器置于AUV水密艙b中；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)對高清高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)行識別判斷，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀?。粺o線發(fā)射器實(shí)時，或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0035]同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行。具有測量精度高，利于大面積測量的優(yōu)點(diǎn)。
[0036]作為優(yōu)化，AUV水密艙a和AUV水密艙b的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定；
[0037]距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行；
[0038]精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的元器件綜合功能是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率的二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光。
[0039]作為優(yōu)化，所述二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差；
[0040]通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出。
[0041]作為優(yōu)化，采用可直接進(jìn)行小范圍投影測量的平行光投影輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；中等視場使用單色變倍率鏡頭輸出小角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；大視場，則調(diào)整單色變倍率鏡頭，輸出大角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；或者使用高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍；高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影。
[0042]作為優(yōu)化，經(jīng)過如下步驟進(jìn)行三維成像:
[0043]a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件置于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；并全部置于AUV水密艙a中，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器置于AUV水密艙a中；安裝調(diào)試計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器和同步通信控制系統(tǒng)；
[0044]b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計(jì)；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計(jì)相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭；
[0045]c.光束整形系統(tǒng)，采用激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺；
[0046]d.矩形光柵，要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可；
[0047]e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭，均需配合激光器的波長設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求；
[0048]f.頻譜選擇器，包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉；
[0049]g.波片，配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量；
[0050]h.高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍，高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影；
[0051]1.AUV水密艙a保護(hù)激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；
[0052]j.高清高速攝像機(jī)采集經(jīng)待測水下目標(biāo)反射的變形圖像，并傳輸至計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0053]k.AUV水密艙b保護(hù)高清高速攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，接收變形圖像；
[0054]1.測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)，配合正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像輸出和接收變形圖像，采用2塊藍(lán)寶石耐壓窗口 ；
[0055]m.計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速攝像機(jī)采集的變形圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取；
[0056]η.無線發(fā)射器實(shí)時或者適時將探測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0057]ο.同步通信控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行，可采用聲吶通信，近距離可采用藍(lán)綠激光通信。
[0058]其是針對【背景技術(shù)】中激光束點(diǎn)掃描的脈沖激光測深儀，每次單個點(diǎn)記錄，激光束線掃描技術(shù)，每次記錄一行，這兩類技術(shù)效率普遍較低的問題。本發(fā)明使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差；通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵；使用輸出二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光，進(jìn)行投影探測，大幅度提高掃描范圍和掃描效率；使用動力船、AUV、浮標(biāo)或潛標(biāo)的搭載方式，方便對于水下目標(biāo)探測成像。屬于結(jié)構(gòu)光水下探測成像領(lǐng)域，涉及利用波片、矩形光柵或正弦光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率的二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光，結(jié)合高清高速攝像機(jī)以及AUV水密艙結(jié)構(gòu)，使用動力船、AUV、深潛器、浮標(biāo)或潛標(biāo)的搭載方式，對水下目標(biāo)，使用二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光投影探測成像的方法和裝置。
[0059]光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；上述元器件全部位于精密絲杠和精密導(dǎo)軌組上，并置于AUV水密艙a中，AUV水密艙a設(shè)計(jì)藍(lán)寶石耐壓窗口 ；高清高速攝像機(jī)，以及計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器等置于AUV水密艙b中，AUV水密艙b設(shè)計(jì)藍(lán)寶石耐壓窗口，計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)對高清高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)行識別判斷，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀??；無線發(fā)射器實(shí)時，或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；AUV水密艙a和AUV水密艙b的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定，距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行。
[0060]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明針對【背景技術(shù)】中矩形光柵的精確制作問題，頻率填充，零級頻譜能量利用率低，通用鏡頭選擇，以及測量視場受限等問題。本發(fā)明使用占空比精確制造的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵；使用高清高速攝像機(jī)，方便水下高速運(yùn)動目標(biāo)及高速動態(tài)過程的三維立體測量；使用動力船、AUV、浮標(biāo)或潛標(biāo)的搭載方式，方便對于水下目標(biāo)探測成像；本發(fā)明主要適用于水下高精度的所有靜態(tài)及高速運(yùn)動目標(biāo)和高速動態(tài)過程的三維探測，如:水下地形、地貌、水下考古、壩體裂紋和滲流、水下搜救、水下管線、高速水下航行器、湍流、螺旋槳動態(tài)工作過程等。
【附圖說明】
[0061]圖1是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法的本發(fā)明目的成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062]本發(fā)明水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法是利用投影輸出激光束對水下目標(biāo)照射的同時，再利用高清高速攝像機(jī)對所述被照射水下目標(biāo)進(jìn)行變形圖像同步采集，計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)將采集的變形圖像進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0063]激光束是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率的二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光。
[0064]所述二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差;
[0065]通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修下便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出。
[0066]采用可直接進(jìn)行小范圍投影測量的平行光投影輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；中等視場使用單色變倍率鏡頭輸出小角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；大視場，則調(diào)整單色變倍率鏡頭，輸出大角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；或者使用高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍；
[0067]AUV水密艙a和AUV水密艙b的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定；距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行；
[0068]高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影。
[0069]在下列系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高速振鏡、高清高速攝像機(jī)、AUV水密艙a、AUV水密艙b、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器、同步通信控制系統(tǒng):
[0070]光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；高速振鏡位于單色變倍率鏡頭后面，用以大幅度擴(kuò)大視場范圍；上述元器件全部位于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，并置于AUV水密艙a中；
[0071]高清高速攝像機(jī)以及計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器置于AUV水密艙b中；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)對高清高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)行識別判斷，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取；無線發(fā)射器實(shí)時，或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0072]AUV水密艙a和AUV水密艙b的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定；距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行；
[0073]同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行。
[0074]三維成像過程如下:a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件置于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；并全部置于AUV水密艙a中，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器置于AUV水密艙a中；安裝調(diào)試計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器和同步通信控制系統(tǒng)；
[0075]b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計(jì)；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計(jì)相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭；
[0076]c.光束整形系統(tǒng)，采用激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺；
[0077]d.矩形光柵，要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可；
[0078]e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭，均需配合激光器的波長設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求；
[0079]f.頻譜選擇器，包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉；
[0080]g.波片，配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量；
[0081]h.高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍，高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影；
[0082]1.AUV水密艙a保護(hù)激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；
[0083]j.高清高速攝像機(jī)采集經(jīng)待測水下目標(biāo)反射的變形圖像，并傳輸至計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0084]k.AUV水密艙b保護(hù)高清高速攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，接收變形圖像；
[0085]1.測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)，配合正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像輸出和接收變形圖像，采用2塊藍(lán)寶石耐壓窗口 ；
[0086]m.計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速攝像機(jī)采集的變形圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀??；
[0087]η.無線發(fā)射器實(shí)時或者適時將探測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0088]ο.同步通信控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行，可采用聲吶通信，近距離可采用藍(lán)綠激光通信。
[0089]總之，該方法是利用空間光學(xué)傅里葉分析方法，產(chǎn)生正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出，投影至水下目標(biāo)表面，測量獲得變形光柵條紋，輔以計(jì)算機(jī)三維成像及模式識別分析，獲得水下目標(biāo)三維立體像及模式特征；若為水下高速目標(biāo)，高速振鏡大視場掃描配合高清高速攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)動態(tài)三維過程捕捉。
[0090]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明針對【背景技術(shù)】中矩形光柵的精確制作問題，頻率填充，零級頻譜能量利用率低，通用鏡頭選擇，以及測量視場受限等問題。本發(fā)明使用占空比精確制造的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵；使用高清高速攝像機(jī)，方便水下高速運(yùn)動目標(biāo)及高速動態(tài)過程的三維立體測量；使用動力船、AUV、浮標(biāo)或潛標(biāo)的搭載方式，方便對于水下目標(biāo)探測成像；本發(fā)明主要適用于水下高精度的所有靜態(tài)及高速運(yùn)動目標(biāo)和高速動態(tài)過程的三維探測，如:水下地形、地貌、水下考古、壩體裂紋和滲流、水下搜救、水下管線、高速水下航行器、湍流、螺旋槳動態(tài)工作過程等。
[0091]如圖所示，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法的成像系統(tǒng)包括激光器1、光束整形系統(tǒng)2、矩形光柵3 (或者正弦光柵)、單色傅立葉變換透鏡4、頻譜選擇器5、波片6、單色變倍率鏡頭7、精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2、高速振鏡9、待測水下目標(biāo)10、高清高速攝像機(jī)IUAUV水密艙al2、AUV水密艙bl3、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)14、數(shù)據(jù)存儲器15、無線發(fā)射器16、同步通信控制系統(tǒng)17。光束整形系統(tǒng)2位于激光器I的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵3位于光束整形系統(tǒng)2的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡4的前焦平面上；波片6及頻譜選擇器5位于單色傅立葉變換透鏡4的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭7的前焦平面上；高速振鏡9位在單色變倍率鏡頭7后面，用以大幅度擴(kuò)大視場范圍；上述元器件全部位于精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2上，并置于AUV水密艙al2中，AUV水密艙al2設(shè)計(jì)藍(lán)寶石耐壓窗口 ；高清高速攝像機(jī)11以及計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)14、數(shù)據(jù)存儲器15、無線發(fā)射器16等置于AUV水密艙bl3中，AUV水密艙bl3設(shè)計(jì)藍(lán)寶石耐壓窗口，計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)14對高清高速攝像機(jī)11獲取的圖像進(jìn)行識別判斷，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器15中，便于適時讀??；無線發(fā)射器16實(shí)時，或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；AUV水密艙al2和AUV水密艙bl3的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定；距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙al2和AUV水密艙bl3構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙al2和AUV水密艙bl3，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)17實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行。
[0092]精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的元器件綜合功能是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率的二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光。
[0093]所述二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差;
[0094]通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出。
[0095]采用可直接進(jìn)行小范圍投影測量的平行光投影輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；中等視場使用單色變倍率鏡頭輸出小角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；大視場，則調(diào)整單色變倍率鏡頭，輸出大角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；或者使用高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍；
[0096]采用平行光投影輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，可直接進(jìn)行小范圍投影測量；中等視場，使用單色變倍率鏡頭7輸出小角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，即可實(shí)現(xiàn)；大視場測量，調(diào)整單色變倍率鏡頭7，輸出大角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，可以實(shí)現(xiàn)；或者，使用高速振鏡9，大幅度擴(kuò)大視場范圍，高速振鏡9定位于單色變倍率鏡頭7后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影。
[0097]當(dāng)采用本發(fā)明系統(tǒng)對水下目標(biāo)進(jìn)行三維成像時:a.首先調(diào)整激光器1、光束整形系統(tǒng)2、矩形光柵3、單色傅立葉變換透鏡4、頻譜選擇器5、波片6、單色變倍率鏡頭7、高速振鏡9等器件置于精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2上；并全部置于AUV水密艙al2中，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則調(diào)整；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)14、數(shù)據(jù)存儲器15和無線發(fā)射器16置于AUV水密艙al3中；如圖1位置配置，安裝調(diào)試計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)14、數(shù)據(jù)存儲器15、無線發(fā)射器16和同步通信控制系統(tǒng)17 ;
[0098]b.激光器I選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡4、波片6、單色變倍率鏡頭7的單色匹配設(shè)計(jì)。當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計(jì)相匹配的單色傅立葉變換透鏡4、波片6、單色變倍率鏡頭7 ;
[0099]c.光束整形系統(tǒng)2，采用激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)方式，降低入射到矩形光柵3的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器I的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺；
[0100]d.矩形光柵3，要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器5即可；
[0101]e.單色傅立葉變換透鏡4和單色變倍率鏡頭7，均需配合激光器I的波長設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求；
[0102]f.頻譜選擇器5，包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器(SLM)、數(shù)字式微反射鏡器件(DMD)、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵3，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉；
[0103]g.波片6，配合激光器I的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量；
[0104]h.高速振鏡9，大幅度擴(kuò)大視場范圍，高速振鏡9定位于單色變倍率鏡頭7后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影；
[0105]1.AUV水密艙al2，保護(hù)激光器1、光束整形系統(tǒng)2、矩形光柵3、單色傅立葉變換透鏡4、頻譜選擇器5、波片6、單色變倍率鏡頭7、高速振鏡9等器件，設(shè)計(jì)藍(lán)寶石耐壓窗口，輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；
[0106]j.高清高速攝像機(jī)11采集經(jīng)待測水下目標(biāo)10反射的變形圖像，并傳輸至計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)14 ；
[0107]k.AUV水密艙bl3，保護(hù)高清高速攝像機(jī)11、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)14、數(shù)據(jù)存儲器15和無線發(fā)射器16等器件，設(shè)計(jì)藍(lán)寶石耐壓窗口，接收變形圖像；
[0108]1.測量距離比較近的情況下，AUV水密艙al2和AUV水密艙bl3，合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)，配合正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像輸出和接收變形的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，設(shè)計(jì)2塊藍(lán)寶石耐壓窗口 ；
[0109]m.計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)14，接收高清高速攝像機(jī)11采集的變形圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)10的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器15中，便于適時讀取；
[0110]η.無線發(fā)射器16，實(shí)時，或者適時將探測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；
[0111]0.同步通信控制系統(tǒng)17，控制實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行，可采用聲吶通信，近距離可采用藍(lán)綠激光通信。
[0112]其是針對【背景技術(shù)】中激光束點(diǎn)掃描的脈沖激光測深儀，每次單個點(diǎn)記錄，激光束線掃描技術(shù)，每次記錄一行，這兩類技術(shù)效率普遍較低的問題。本發(fā)明使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差；通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵；使用輸出二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光，進(jìn)行投影探測，大幅度提高掃描范圍和掃描效率；使用動力船、AUV、浮標(biāo)或潛標(biāo)的搭載方式，方便對于水下目標(biāo)探測成像。屬于結(jié)構(gòu)光水下探測成像領(lǐng)域，涉及利用波片、矩形光柵或正弦光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率的二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光，結(jié)合高清高速攝像機(jī)以及AUV水密艙結(jié)構(gòu)，使用動力船、AUV、深潛器、浮標(biāo)或潛標(biāo)的搭載方式，對水下目標(biāo)，使用二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影探測成像的方法和裝置。
[0113]光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；上述元器件全部位于精密絲杠和精密導(dǎo)軌組上，并置于AUV水密艙a中，AUV水密艙a設(shè)計(jì)藍(lán)寶石耐壓窗口 ；高清高速攝像機(jī)，以及計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器等置于AUV水密艙b中，AUV水密艙b設(shè)計(jì)藍(lán)寶石耐壓窗口，計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)對高清高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)行識別判斷，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀??；無線發(fā)射器實(shí)時，或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站；AUV水密艙a和AUV水密艙b的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定，距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行。
[0114]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明針對【背景技術(shù)】中矩形光柵的精確制作問題，頻率填充，零級頻譜能量利用率低，通用鏡頭選擇，以及測量視場受限等問題。本發(fā)明使用占空比精確制造的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵；使用高清高速攝像機(jī)，方便水下高速運(yùn)動目標(biāo)及高速動態(tài)過程的三維立體測量；使用動力船、AUV、浮標(biāo)或潛標(biāo)的搭載方式，方便對于水下目標(biāo)探測成像；本發(fā)明主要適用于水下高精度的所有靜態(tài)及高速運(yùn)動目標(biāo)和高速動態(tài)過程的三維探測，如:水下地形、地貌、水下考古、壩體裂紋和滲流、水下搜救、水下管線、高速水下航行器、湍流、螺旋槳動態(tài)工作過程等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下靜止及高速移動目標(biāo)三維成像方法，其特征在于利用投影輸出二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像對水下目標(biāo)照射的同時，再利用高清高速攝像機(jī)對所述被照射水下目標(biāo)變形圖像同步采集，計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)將采集的變形圖像進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站； 激光束是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率的二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述成像方法，其特征在于所述二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差； 通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述成像方法，其特征在于采用可直接進(jìn)行小范圍投影測量的平行光投影輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；中等視場使用單色變倍率鏡頭輸出小角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；大視場，則調(diào)整單色變倍率鏡頭，輸出大角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；或者使用高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍； 高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述成像方法，其特征在于在下列系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高速振鏡、高清高速攝像機(jī)、AUV水密艙a、AUV水密艙b、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器、同步通信控制系統(tǒng): 光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；高速振鏡位于單色變倍率鏡頭后面，用以大幅度擴(kuò)大視場范圍；上述元器件全部位于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，并置于AUV水密艙a中； 高清高速攝像機(jī)以及計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器置于AUV水密艙b中；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)對高清高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)行識別判斷，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀取；無線發(fā)射器實(shí)時，或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站； AUV水密艙a和AUV水密艙b的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定；距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行； 同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意所述成像方法，其特征在于水下三維成像過程如下: a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件置于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；并全部置于AUV水密艙a中，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器置于AUV水密艙a中；安裝調(diào)試計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器和同步通信控制系統(tǒng)； b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及測量，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計(jì)；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計(jì)相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭； c.光束整形系統(tǒng)，采用激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺； d.矩形光柵，要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可； e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭，均需配合激光器的波長設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求； f.頻譜選擇器，包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉； g.波片，配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量； h.高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍，高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影；i.AUV水密艙a保護(hù)激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像； j.高清高速攝像機(jī)采集經(jīng)待測水下目標(biāo)反射的變形圖像，并傳輸至計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)； k.AUV水密艙b保護(hù)高清高速攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，接收變形圖像； l.測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)，配合正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像輸出和接收變形圖像，采用2塊藍(lán)寶石耐壓窗口 ； m.計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速攝像機(jī)采集的變形圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀?。? η.無線發(fā)射器實(shí)時或者適時將探測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站； o.同步通信控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行，可采用聲吶通信，近距離可采用藍(lán)綠激光通信。6.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的成像系統(tǒng)，其特征在于包括激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高速振鏡、高清高速攝像機(jī)、AUV水密艙a、AUV水密艙b、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器、同步通信控制系統(tǒng): 光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；高速振鏡位于單色變倍率鏡頭后面，用以大幅度擴(kuò)大視場范圍；上述元器件全部位于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，并置于AUV水密艙a中； 高清高速攝像機(jī)以及計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器置于AUV水密艙b中；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)對高清高速攝像機(jī)獲取的圖像進(jìn)行識別判斷，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀??；無線發(fā)射器實(shí)時，或者適時將數(shù)據(jù)通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站； 同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述成像系統(tǒng)，其特征在于AUV水密艙a和AUV水密艙b的相對位置，構(gòu)成測量基線，根據(jù)三角形定位原理，需要根據(jù)目標(biāo)的距離確定； 距離比較遠(yuǎn)的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b構(gòu)成的測量基線要遠(yuǎn)一些；測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，可以合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)；同步通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行； 精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的元器件綜合功能是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率的二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)光。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述成像系統(tǒng)，其特征在所述二維正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)光使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差； 通過對輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述成像系統(tǒng)，其特征在于采用可直接進(jìn)行小范圍投影測量的平行光投影輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像；中等視場使用單色變倍率鏡頭輸出小角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；大視場，則調(diào)整單色變倍率鏡頭，輸出大角度非平行光正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像實(shí)現(xiàn)；或者使用高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍； 高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影。10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一所述成像系統(tǒng)，其特征在于經(jīng)過如下步驟進(jìn)行三維成像: a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件置于精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；并全部置于AUV水密艙a中，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器置于AUV水密艙a中；安裝調(diào)試計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器、無線發(fā)射器和同步通信控制系統(tǒng)； b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計(jì)；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計(jì)相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭； C.光束整形系統(tǒng)，采用激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺； d.矩形光柵，要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可； e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭，均需配合激光器的波長設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求； f.頻譜選擇器，包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉； g.波片，配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量； h.高速振鏡，大幅度擴(kuò)大視場范圍，高速振鏡定位于單色變倍率鏡頭后面，用以輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像投影；i.AUV水密艙a保護(hù)激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、高速振鏡等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像； j.高清高速攝像機(jī)采集經(jīng)待測水下目標(biāo)反射的變形圖像，并傳輸至計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)； k.AUV水密艙b保護(hù)高清高速攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及軟件分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲器和無線發(fā)射器等器件采用藍(lán)寶石耐壓窗口，接收變形圖像； l.測量距離比較近的情況下，AUV水密艙a和AUV水密艙b，合二為一，內(nèi)部功能區(qū)域需要劃分為正弦光強(qiáng)靶標(biāo)投影輸出區(qū)和高速攝像、存儲分析及信號發(fā)射區(qū)，配合正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像輸出和接收變形圖像，采用2塊藍(lán)寶石耐壓窗口 ； m.計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速攝像機(jī)采集的變形圖像，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像、圖形計(jì)算，完成對待測水下目標(biāo)的三維成像及模式識別處理，并將數(shù)據(jù)及分析結(jié)果存儲于數(shù)據(jù)存儲器中，便于適時讀??； n.無線發(fā)射器實(shí)時或者適時將探測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果通過無線方式，傳輸至水面、空中，或者陸地基站； l.同步通信控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的投影輸出和拍攝動作同步進(jìn)行，可采用聲吶通信，近距離可采用藍(lán)綠激光通信。
【文檔編號】G01B11/25GK105890544SQ201410757223
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月10日
【發(fā)明人】李宏升, 岳軍, 鄧劍平, 陳冰泉, 李延娥
【申請人】青島理工大學(xué)