凝視型水下激光成像后向散射光理論模型研究

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1、第27卷第7期光學(xué)學(xué)報(bào)Vol.27,No.72007年7月ACTAOPTICASINICAJuly,2007文章編號(hào):025322239(2007)0721191273凝視型水下激光成像后向散射光理論模型研究黃有為金偉其王霞曹峰梅王嶺雪(北京理工大學(xué)光電工程系,北京100081)摘要:建立了后向散射光在二維光敏面上能量分布的理論模型,結(jié)合典型水下激光成像系統(tǒng),提出用像面表觀襯比度來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)極限探測(cè)距離的方法,并推導(dǎo)了計(jì)算公式;通過選取水下激光成像系統(tǒng)的典型參量進(jìn)行模擬計(jì)算,進(jìn)一步討論了系統(tǒng)主要組成部分的相

2、對(duì)位置對(duì)像面表觀襯比度分布的影響;得到像面表觀襯比度與目標(biāo)距離的關(guān)系曲線以及系統(tǒng)極限探測(cè)距離隨海水衰減系數(shù)的變化曲線,從而估算出不同水質(zhì)條件下系統(tǒng)的極限探測(cè)距離。模擬仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。關(guān)鍵詞:成像系統(tǒng);水下成像;凝視成像;后向散射;表觀襯比度中圖分類號(hào):TN249文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ATheoreticalOpticalBackscatteringModelforStaringUnderwaterLaserImagingHuangYouweiJinWeiqiWangXiaCaoFengmeiWang

3、Lingxue(DepartmentofOpticalEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract:Atheoreticmodelwasbuiltaboutthedistributionofopticalbackscatteringenergyonthetwodimensionalphotosensitivesurface.Then,appliedtotypicalunderwaterlaserimagingsystem,a

4、methodwasproposedtocalculatethemaximumdetectingdistanceaccordingtotheapparentcontrast.Thetheoreticcalculationswereprogrammed,andthevariancesoftheapparentcontrastwerediscussedwhenchangingtherelativepositionofsomecomponents.Therelationshipcurvebetweentheapp

5、arentcontrastandthetargetdistanceaswellasthecurvebetweenthemaximumdetectingdistanceandtheattenuationcoefficientwereobtained,sothatthemaximumdetectingdistancescouldbeestimatedindifferentkindsofwaterquality,whichareconsistentwiththeactualexperimentalresults

6、.Keywords:imagingsystem;underwaterimaging;staringimaging;backscattering;apparentcontrast1引言信號(hào)和噪聲的大小。實(shí)際上,由于凝視型探測(cè)器像水下是一個(gè)很復(fù)雜的環(huán)境,水對(duì)光的衰減作用元陣列呈二維離散發(fā)布,入射的光輻射會(huì)在光敏面主要包括吸收和散射兩個(gè)方面[1,2],且對(duì)光的衰減上形成二維空間分布,利用總通量或平均照度來(lái)衡程度隨著水質(zhì)的不同而不同。水下探測(cè)初期所用的量信號(hào)和噪聲則由于未考慮到光敏面(像管光陰極探測(cè)器多為光電倍增

7、管[3,4]等,采用掃描方式獲得面或CCD光敏面)的離散結(jié)構(gòu)特點(diǎn),造成對(duì)水下光水下場(chǎng)景圖像,其特點(diǎn)是將目標(biāo)場(chǎng)景的總反射通量電成像系統(tǒng)的作用距離或其它性能評(píng)價(jià)的偏差。近和水下路徑海水的總后向散射通量作為系統(tǒng)所接收年來(lái),隨著水下成像探測(cè)、水下資源勘查等的應(yīng)用需到的信號(hào)和附加噪聲。當(dāng)電荷耦合器件、CCD成像求,建立符合實(shí)際的凝視型水下成像模型,分析后向器件出現(xiàn)之后,人們或直接用CCD[5]或在CCD前散射光在光敏面上的分布及其對(duì)成像系統(tǒng)性能的影耦合像增強(qiáng)器成像[6,7],大大地提高了探測(cè)器在低響,對(duì)于發(fā)展先進(jìn)的

8、水下光電成像系統(tǒng)具有重要意照度下的探測(cè)能力。在理論分析方面,大多延用了義。為此,本文將研究凝視型水下激光成像系統(tǒng)成以前的模型,即將CCD光敏面上所接收到的信號(hào)光像光敏面上后向散射光的二維分布模型,以實(shí)現(xiàn)對(duì)和后向散射光的總通量或者平均光照度[5～8]來(lái)衡量成像系統(tǒng)的性能分析,為實(shí)際系統(tǒng)的參量設(shè)計(jì)提供3國(guó)家863計(jì)劃海洋技術(shù)領(lǐng)域(2006AA09Z207)和總裝預(yù)研基金(51405020405BQ01)資助課題。作者簡(jiǎn)介:黃有為(