一種具有軸向多傳感器的水下光學成像裝置的制作方法

本發明涉及一種具有軸向多傳感器的水下光學成像裝置。

背景技術：

后向散射是制約水下光學成像作用距離的主要因素。然而由于散射的隨機性，導致后向散射的光學特性難以提取，水下光學成像質量難以提高。

技術實現要素：

本發明為了解決上述問題，提出了一種具有軸向多傳感器的水下光學成像裝置，本發明利用后向散射與成像目標在光學系統中傳遞函數之間的差異，抑制后向散射，提取有效目標信息。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種具有軸向多傳感器的水下光學成像裝置，包括光學系統、第一圖像傳感器和第二圖像傳感器，其中，所述光學系統接收成像目標接收光照后經過懸浮顆粒形成的目標光束和后向散射，所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器安裝于光學系統的光軸上，接收不同焦面位置的圖像，根據目標光束與后向散射在第一圖像傳感器與第二圖像傳感器之間傳播的等效光學點擴散函數進行圖像的差分處理，提取目標信息。

進一步的，所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器相對于光學系統的等效光路存在軸向間距。

進一步的，所述軸向間距δf滿足

其中，λ為照明光的中心波長，na為像方數值孔徑。

進一步的，光照由光源發出，且該光源的照射角度可調。

進一步的，所述光源與第一圖像傳感器和第二圖像傳感器在同一側。

進一步的，目標光束和后向散射進入光學系統，經過分光板被分為兩束，一束成像于第一圖像傳感器，另一束成像于第二圖像傳感器。

所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器的采集信息傳輸給控制器，所述控制器根據mie氏散射理論，對第二圖像傳感器的接收的光強與第一圖像傳感器接收的光強乘以后向散射由第一圖像傳感器到第二圖像傳感器的等效點擴散函數h2的值進行均衡差分處理，消除散射噪聲。

進一步的，第一圖像傳感器接收的光強為成像目標與后向散射之和。

進一步的，第二圖像傳感器的接收的光強為目標光束由第一圖像傳感器到第二圖像傳感器的等效點擴散函數h1與成像目標的乘積以及后向散射由第一圖像傳感器到第二圖像傳感器的等效點擴散函數h2與后向散射的乘積之和。

對差分處理的結果進行圖像復原處理，以求解提取到有效目標信息。

進一步的，具體過程為：

為傅里葉變換，為逆傅里葉變換，δi為通過均衡差分方式消除散射噪聲后提取的有效信號。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明利用后向散射和成像目標在光學系統中的傳遞函數存在的差異，有效的抑制后向散射，獲取清晰的水下遠距離目標圖像，同時，本發明具有低成本、高精度的優點，適用范圍廣泛。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為本發明所述一種水下光學成像裝置示意圖；

圖2為本發明所述一種水下光學成像的圖像采集裝置示意圖；

圖3為本發明所采集的原始圖像示例圖；

圖中：1、成像目標，2、懸浮顆粒，3、光學系統，4、等效光路軸向間距，5、第二圖像傳感器，6、分光板，7、第一圖像傳感器，8、光源，9、第二圖像傳感器采集圖像示例，10、第一圖像傳感器采集圖像示例。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在現有技術無法克服散射的隨機性，導致后向散射的光學特性難以提取，水下光學成像質量難以提高的不足，為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種具有軸向多傳感器的水下光學成像裝置與方法。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，水下后向散射傳遞函數的光學測試系統由光學系統3、第一圖像傳感器7、分光板6、第二圖像傳感器5組成。光學系統3需要具有足夠的后截距以滿足能夠安裝好兩個圖像傳感器和分光器。

所述發明裝置中的光源8照射成像目標1，照明光束傳播中照射到懸浮顆粒2產生后向散射，由此形成了目標光束和后向散射。

所述發明裝置中的光學系統3、第一圖像傳感器7、分光板6、第二圖像傳感器5構成圖像采集裝置，圖像采集裝置與光源8在同一側。

所述發明裝置中的第一圖像傳感器7和第二圖像傳感器5被安裝于光學系統3的光軸上，用以采集光學系統3的焦面位置的圖像，第一圖像傳感器7和第二圖像傳感器5相對于光學系統3的等效光路存在軸向間距4，應滿足

其中，λ為照明光的中心波長，na為像方數值孔徑。

所述發明裝置中的目標光束和后向散射進入光學系統3，經過分光板6被分為兩束，一束成像于第一圖像傳感器7，另一束成像于第二圖像傳感器5。

本發明所述多通道的水下光學成像方法如下：

步驟一：調整光源8照射成像目標1，照明光束傳播中照射到懸浮顆粒2產生后向散射，由此形成了目標光束和后向散射光束。

步驟二：搭建由光學系統3、第一圖像傳感器7、分光板6、第二圖像傳感器5構成的圖像采集裝置，第一圖像傳感器7和第二圖像傳感器5被安裝于光學系統3的光軸上，用以采集光學系統3的焦面附近不同離焦位置的圖像。

步驟三：獲取目標光束在第一圖像傳感器7與第二圖像傳感器5之間傳播的等效光學點擴散函數h1，獲取后向散射在第一圖像傳感器7與第二圖像傳感器5之間傳播的等效光學點擴散函數h2。

步驟四：利用步驟三獲取的光學點擴散函數h1和h2，對第一圖像傳感器7與第二圖像傳感器5采集的光學圖像進行均衡差分處理，消除散射噪聲，提取目標信息。

上述處理算法可以通過下面的公式進行詳細描述。第一圖像傳感器接收的光強為：

i1＝it+is,(2)

其中，it為成像目標，is為后向散射。第二圖像傳感器接收的光強為：

i2＝it*h1+is*h2,(3)

h1為目標光束由第一圖像傳感器7到第二圖像傳感器5的等效點擴散函數，h2為后向散射由第一圖像傳感器7到第二圖像傳感器5的等效點擴散函數，二者可以通過傳遞函數測試獲得。

根據mie氏散射理論計算，進入光學系統的后向散射光強度隨著距離的增加迅速增加，到達一定距離后，由于散射角度過大，無法進入光學系統，散射光強度逐漸減弱，后向散射具有一定的分布距離。遠距成像目標1與后向散射2相對于光學系統3的距離不同，可知，h1≠h2。據此，消除散射噪聲，提取有效信號。

消噪處理：

δi＝i2-i1*h2＝it*(h1-h2).(4)

圖像復原處理，提取有效目標信息：

為傅里葉變換，為逆傅里葉變換。

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。