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基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置及成像方法與流程

文檔序號:12592702閱讀:521來源:國知局
基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置及成像方法與流程

本發(fā)明屬于水下目標(biāo)探測成像技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像系統(tǒng)。



背景技術(shù):

水下目標(biāo)探測技術(shù)在海洋軍事應(yīng)用、海洋資源勘察和海洋環(huán)境研究等具有非常重要的意義。目前,聲吶成像技術(shù)憑借聲場在水中傳播距離遠(yuǎn)、能量損耗小的獨(dú)特優(yōu)勢,成為水下目標(biāo)探測的主要手段。然而,由于聲波波長較長,易受噪聲干擾等因素,聲吶成像技術(shù)存在圖像質(zhì)量差、目標(biāo)分辨率低等諸多缺點(diǎn)。更為嚴(yán)重的是,在水深較淺的近海區(qū)域,由于受到水底混響、多途反射等因素的強(qiáng)烈干擾,聲吶成像技術(shù)難以捕獲和辨識出可靠的目標(biāo)信號,存在不可避免的探測盲區(qū)。而光學(xué)成像技術(shù)則能夠在一定程度上彌補(bǔ)聲納成像的不足,具有分辨率高、成像質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。從早期的被動照明成像開始,水下光學(xué)成像便引起了人們廣泛的關(guān)注,發(fā)現(xiàn)了適合水下光波傳輸?shù)摹八{(lán)綠窗口”,并利用藍(lán)綠激光器實(shí)現(xiàn)了水下主動照明成像的工程應(yīng)用。經(jīng)典光學(xué)成像技術(shù)應(yīng)用于水下目標(biāo)探測,但由于光在傳輸過程包括了吸收和散射的過程,使得光在水中傳輸時(shí)能量迅速衰減,通常的水下成像系統(tǒng)很難達(dá)到理想的成像效果,在遠(yuǎn)距離成像時(shí)圖像質(zhì)量較差,甚至不能成像。

在此背景下,通過新型成像技術(shù)和手段對水下成像和水下目標(biāo)探測、識別等研究工作就顯得的極為重要。最早的關(guān)聯(lián)成像方案使用了糾纏雙光子作為光源并且具有非定域成像和突破瑞利衍射極限等奇特的特性,并因此得到人們的廣泛關(guān)注。人們在最近的研究進(jìn)展中打破了糾纏光源的限制,使用到了更普遍存在以及更容易獲得的贗熱光源、熱光源來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)成像。關(guān)聯(lián)成像包含了呈現(xiàn)物體的空間分布圖像,呈現(xiàn)物體的衍射干涉圖像和傅里葉變換圖像等??偠灾?,關(guān)聯(lián)成像是通過光場的高階性質(zhì)(即強(qiáng)度漲落關(guān)聯(lián))來獲得物體信息,并且這種信息在關(guān)聯(lián)成像的系統(tǒng)裝置中是無法從低階的光場關(guān)聯(lián)中得到的。因?yàn)楣沓上窬哂锌雇牧鲾_動能力和可無透鏡成像等諸多優(yōu)點(diǎn),因此其在對地觀測、保密通信、雷達(dá)成像、生命科學(xué)等領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。最初實(shí)驗(yàn)中所有的關(guān)聯(lián)成像的裝置都需要使用兩路探測器來探測具有一定的關(guān)聯(lián)性的兩個光場,最終得到物體的像。美國麻省理工大學(xué)的沙皮羅(Shapiro)在2008年時(shí)給出了計(jì)算鬼像方案:僅使用一個點(diǎn)(單像素)探測器來完成成像。實(shí)驗(yàn)使用激光照射在空間光調(diào)制器(SLM)上產(chǎn)生隨機(jī)分布的光斑,代替贗熱光用激光照射旋轉(zhuǎn)毛玻璃產(chǎn)生散斑的方式。由于前方案中的光源的強(qiáng)度是未知的、被動式光源,其光源強(qiáng)度也只能通過探測得到。在裝置中保留的一路是探測光路,即有物體以及桶探測器的一路,而原來的參考光路被取消??梢酝ㄟ^已知的對于激光的空間調(diào)制,利用衍射理論計(jì)算得到在適當(dāng)位置的光強(qiáng)的分布,而傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)成像是通過在相同位置的點(diǎn)陣探測器得到的。

基于計(jì)算鬼像技術(shù)利用光場的空間關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)成像,其具有抗擾動能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),本發(fā)明結(jié)合計(jì)算鬼像方法和水體介質(zhì)的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像系統(tǒng)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有水下光學(xué)成像技術(shù)中存在的成像距離短,成像效果不理想等問題,提供一種基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置及其成像方法。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:

基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置,包括預(yù)置光源系統(tǒng)和探測系統(tǒng),所述的預(yù)置光源系統(tǒng)包括光源、光調(diào)制器和同步控制模塊,所述的光調(diào)制器用于形成在強(qiáng)度隨機(jī)漲落分布的光場,同步控制模塊實(shí)現(xiàn)預(yù)置光源系統(tǒng)與探測系統(tǒng)的時(shí)間同步;所述的探測系統(tǒng)包括光強(qiáng)探測器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)同步與處理模塊,其中數(shù)據(jù)采集模塊用于獲取光強(qiáng)探測器的信號,數(shù)據(jù)同步與處理模塊用于控制光調(diào)制器與數(shù)據(jù)采集模塊間的數(shù)據(jù)同步,并進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算得到待測物體圖像。

上述基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置中,同步控制模塊和數(shù)據(jù)同步與處理模塊通過水下無線方式通信連接。

上述基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置中,同步控制模塊和數(shù)據(jù)同步與處理模塊分別采用內(nèi)部同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)預(yù)置光源系統(tǒng)與探測系統(tǒng)時(shí)間同步。

上述基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置中,數(shù)據(jù)采集模塊由前置轉(zhuǎn)換放大電路與數(shù)據(jù)采集卡組成,前置轉(zhuǎn)換放大電路將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號,同時(shí)進(jìn)行信號放大;數(shù)據(jù)采集卡以與光調(diào)制器同頻率的速率連續(xù)性地采集放大后的電壓信號。

上述基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置中,光調(diào)制器為DMD。

上述基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置中,光強(qiáng)探測器為光電倍增管或光電二極管。

上述基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像裝置中,探測系統(tǒng)安裝在水下潛航裝置,與安裝在艦船上的探測系統(tǒng)通過無線方式通信。

一種基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像方法,其特征在于,包括以下步驟:

(a)、預(yù)置光源系統(tǒng)中的同步控制模塊控制光源照射到光調(diào)制器上;

(b)、預(yù)置光源系統(tǒng)中的光調(diào)制器在數(shù)據(jù)同步控制模塊的驅(qū)動和控制下載入預(yù)置隨機(jī)圖,并調(diào)制光源發(fā)出的光,形成漲落隨機(jī)的強(qiáng)度分布光場;

(c)、預(yù)置光源系統(tǒng)的出射光經(jīng)待測物體反射或透射到探測系統(tǒng);

(d)、探測系統(tǒng)中的光強(qiáng)探測器探測到總光強(qiáng)值并轉(zhuǎn)換成與總光強(qiáng)值正相關(guān)的電流信號;

(e)、探測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊接收電流信號并轉(zhuǎn)化為電壓信號,同時(shí)進(jìn)行信號放大,得到總光強(qiáng)值漲落信息;

(f)、探測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)同步與處理模塊控制協(xié)調(diào)控制預(yù)置光源系統(tǒng)和探測系統(tǒng)協(xié)同工作,關(guān)聯(lián)計(jì)算后得到待測目標(biāo)待測物體的圖像。

上述基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像方法中,步驟(f)中的關(guān)聯(lián)計(jì)算采用的公式為

G(x,y)=<(Si-<Si>)Pi(x,y)>

其中G(x,y)為目標(biāo)待測物體的圖像,<>表示對N次測量取系綜平均值,Pi(x,y)為載入到電光調(diào)制器陣列調(diào)制系統(tǒng)中的第i個隨機(jī)圖的強(qiáng)度分布,Si為光強(qiáng)探測器探測得到的對應(yīng)于Pi(x,y)的總光強(qiáng)值。

本發(fā)明具有的有益技術(shù)效果如下:

1、本發(fā)明使用了一種新型的收發(fā)分離模式的水下成像技術(shù),可用于探測水底地貌,水下環(huán)境以及水下航行物體和生物種群等,與傳統(tǒng)水下光學(xué)成像手段相比較,能有效提高水下成像距離和在復(fù)雜水體環(huán)境下的成像質(zhì)量。

2、本發(fā)明所具有的極強(qiáng)的抗散射優(yōu)勢和抗擾動能力,能夠消除湍流擾動或散射介質(zhì)等對成像質(zhì)量的影響,提高了在實(shí)際水下環(huán)境或某種極端水下環(huán)境(如渾濁水體)中的成像質(zhì)量。

3、本發(fā)明中成像系統(tǒng)由于采用了收發(fā)分離的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu),因此能有效地提高了水下光學(xué)成像的成像距離;算法采用計(jì)算關(guān)聯(lián)成像手段,依靠調(diào)制產(chǎn)生強(qiáng)度分布的隨機(jī)分布漲落光場,直接用不需要具有空間分辨能力的光探測器測量光強(qiáng)分布,簡化了成像系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像系統(tǒng)原理圖;

圖2是本發(fā)明基于計(jì)算鬼像的水下超長距離系統(tǒng)組網(wǎng)應(yīng)用示意圖;

圖3是本發(fā)明基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)光路圖;

圖4是利用圖2裝置獲得的成像結(jié)果空間圖片;

圖5是傳統(tǒng)成像方法受到水散射得到的成像結(jié)果圖片。

附圖標(biāo)記如下:1—預(yù)置光源系統(tǒng);2—同步控制模塊;3—光源;4—光調(diào)制器;5—待測物體;6—探測系統(tǒng);7—光強(qiáng)探測器;8—數(shù)據(jù)采集模塊;9—數(shù)據(jù)同步與處理模塊;13—水體;14—分束器;15—透鏡;16——連續(xù)衰減器;17—光強(qiáng)探測器;18—CCD;19—計(jì)算機(jī);30—艦船或浮標(biāo);31—水下機(jī)器人或水下潛航裝置。

具體實(shí)施方式

基于計(jì)算鬼像技術(shù)利用光場的空間關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)成像,其具有抗擾動能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算鬼成像屬于鬼成像的一個特例,與鬼成像技術(shù)相比較,計(jì)算鬼成像的特點(diǎn)是不需要收集參考光,通過分析光源在空間的分布,即可通過計(jì)算得到參考光的信息。預(yù)置隨機(jī)光源系統(tǒng)的其光場分布表示為E(ρ,t),E2(ρ,t)為光源E(ρ,t)經(jīng)過空間自由傳播到達(dá)待測物體表面的光場分布,預(yù)置隨機(jī)光源計(jì)算值為假設(shè)預(yù)置光源系統(tǒng)產(chǎn)生隨機(jī)光場E(ρ,t),E2(ρ,t)場是E(ρ,t)經(jīng)過一段空間的自由傳播入射到待測物體上的光場分布,經(jīng)物體衍射后的光被探測系統(tǒng)接收,然后與參考光符合計(jì)算,就可通過關(guān)聯(lián)計(jì)算得出物體的像。

本發(fā)明中通過計(jì)算可得參考光在距離L處的光斑分布,進(jìn)而可得光強(qiáng)分布I1(t)。

參考光傳播L距離處的光斑分布為

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所以,在相同傳播條件下,參考光傳播L距離處的光斑分布,即物體表面的光強(qiáng)分布為

I2(t)=|E22,t)|2

假設(shè)預(yù)置隨機(jī)光源傳播L的長度到達(dá)待成像物體,則物體表面的光場分布為

<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&rho;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>&Integral;</mo> <mi>E</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&rho;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>i</mi> <mi>L</mi> <mi>&lambda;</mi> </mrow> </mfrac> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>k</mi> <mi>L</mi> </mrow> </msup> <mi>d</mi> <mi>&rho;</mi> </mrow>

上式中ρ1為物體空間坐標(biāo),λ為波長,k=2π/λ,k為波數(shù),i為相位。

假設(shè)物體的孔徑函數(shù)為T(ρ'),光強(qiáng)測器的面積為A2,因此光強(qiáng)探測器探測到的光強(qiáng)為

<mrow> <msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mo>&Integral;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mn>2</mn> </msub> </msub> <msup> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&rho;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mrow> <mo>|</mo> <mi>T</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>&rho;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>d&rho;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> </mrow>

則可得關(guān)聯(lián)函數(shù)

<mrow> <mi>C</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&rho;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>I</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&gt;</mo> <mo>=</mo> <msup> <mi>q</mi> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mi>&eta;</mi> <mn>2</mn> </msup> <msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>P</mi> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>&pi;a</mi> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msub> <mo>&Integral;</mo> <msub> <mi>A</mi> <mn>2</mn> </msub> </msub> <msup> <mi>d&rho;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>|</mo> <mrow> <msub> <mi>&rho;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>&rho;</mi> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>/</mo> <msubsup> <mi>&rho;</mi> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </msup> <mo>|</mo> <mi>T</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>&rho;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> </mrow>

上式方程中,aL=2L/kρ0,ρL=2L/ka0,k=2π/λ,az和ρz為z=0和=L的光強(qiáng)半徑和散斑半徑,q是電子電荷量,η是桶狀探測器的量子效率,λ是波長,A1為計(jì)算得到的參考光傳播L距離的光斑分布面積,P為光源的光強(qiáng)漲落,A2為光強(qiáng)探測器的面積。用這個關(guān)聯(lián)函數(shù)就可以恢復(fù)出物體的像。

如圖1和圖2所示,本發(fā)明中的成像系統(tǒng)包括:預(yù)置光源系統(tǒng)和探測系統(tǒng)。

其中預(yù)置光源系統(tǒng)包括:

①用于實(shí)現(xiàn)預(yù)置光源系統(tǒng)與探測系統(tǒng)時(shí)間同步的同步控制模塊

同步控制模塊和數(shù)據(jù)同步與處理模塊采用水下無線連接方案,或分別采用內(nèi)部同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)預(yù)置光源系統(tǒng)與探測系統(tǒng)時(shí)間同步的。

②光源

光源采用激光器或LED。

③用于形成在強(qiáng)度隨機(jī)漲落分布的光場的光調(diào)制器

光調(diào)制器可采用DMD或其他光調(diào)制器設(shè)備以用于形成在強(qiáng)度隨機(jī)漲落分布的光場。

探測系統(tǒng)包括:

①光強(qiáng)探測器

用于將總光強(qiáng)化為相關(guān)的電信號,光強(qiáng)探測器采用光電倍增管或光電二極管將總光強(qiáng)化為相關(guān)的電信號。

②數(shù)據(jù)采集模塊

用于獲取電信號并進(jìn)行放大,得到總光強(qiáng)值的強(qiáng)度漲落信息。數(shù)據(jù)采集模塊由潛質(zhì)轉(zhuǎn)換放大電路與數(shù)據(jù)采集卡組成。

③數(shù)據(jù)同步與處理模塊

用于控制光調(diào)制器與數(shù)據(jù)采集模塊間的數(shù)據(jù)同步,之后進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算得到待測物體圖像。數(shù)據(jù)采集卡含有能夠通過外部的同步信號來觸發(fā)采集操作進(jìn)行的觸發(fā)采集端口。

本發(fā)明成像方法采用技術(shù)方案是計(jì)算鬼成像,實(shí)現(xiàn)步驟如下:

(a)、預(yù)置光源系統(tǒng)中的同步控制模塊控制光源照射到光調(diào)制器上;

(b)、預(yù)置光源系統(tǒng)中的光調(diào)制器在數(shù)據(jù)同步控制模塊的驅(qū)動和控制下載入預(yù)置隨機(jī)圖,并調(diào)制光源發(fā)出的光,形成漲落隨機(jī)的強(qiáng)度分布光場;

(c)、預(yù)置光源系統(tǒng)的出射光經(jīng)待測物體反射或透射到探測系統(tǒng);

(d)、探測系統(tǒng)中的光強(qiáng)探測器探測到總光強(qiáng)值并轉(zhuǎn)換成與總光強(qiáng)值正相關(guān)的電流信號;

(e)、探測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊接收電流信號并轉(zhuǎn)化為電壓信號,同時(shí)進(jìn)行信號放大,得到總光強(qiáng)值漲落信息;

(f)、探測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)同步與處理模塊控制協(xié)調(diào)控制預(yù)置光源系統(tǒng)和探測系統(tǒng)協(xié)同工作,關(guān)聯(lián)計(jì)算后得到待測目標(biāo)待測物體的圖像。

進(jìn)一步地,所述數(shù)據(jù)采集模塊由前置轉(zhuǎn)換放大電路與數(shù)據(jù)采集卡組成,其中,前置轉(zhuǎn)換放大電路將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號,同時(shí)進(jìn)行信號放大;數(shù)據(jù)采集卡通過與光調(diào)制器同頻率的速率連續(xù)性地采集放大后的電壓信號。

進(jìn)一步地,步驟(f)中的關(guān)聯(lián)計(jì)算采用如下公式:

G(x,y)=<(Si-<Si>)Pi(x,y)>

其中G(x,y)為目標(biāo)待測物體的圖像,<>表示對N次測量取系綜平均值,Pi(x,y)為載入到電光調(diào)制器陣列調(diào)制系統(tǒng)中的第i個隨機(jī)圖的強(qiáng)度分布,Si為光強(qiáng)探測器探測得到的對應(yīng)于Pi(x,y)的總光強(qiáng)值。

實(shí)驗(yàn)中,本發(fā)明申請人使用美國NI公司的虛擬儀器開發(fā)平臺Labview,利用它在信號處理、圖形呈現(xiàn)以及用戶界面設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)Labview控制產(chǎn)生模擬光源,以及直接在計(jì)算機(jī)內(nèi)關(guān)聯(lián)成像,由于Labview設(shè)計(jì)的程序界面更加友好,使用起來更加簡單,可以隨意改變物理參量,克服了光學(xué)實(shí)驗(yàn)上許多難以實(shí)現(xiàn)的操作。我們只使用一個桶探測器,收集經(jīng)過物體反射后總的光強(qiáng)。如圖3所示,光源在Labview控制下,經(jīng)過自由衍射的傳播達(dá)到物平面,生成相位隨機(jī)圖片,到達(dá)物體表面后,反射的光波進(jìn)入桶探測器,由探測器探測到的光強(qiáng)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī),在Labview中實(shí)現(xiàn)計(jì)算。參考光為通過控制空間光調(diào)制器或數(shù)字微鏡晶片等產(chǎn)生的相位隨機(jī)圖片,并且在Labview中控制DMD產(chǎn)生20000個相位隨機(jī)圖片,設(shè)置參考光像素為40×40,然后與在物體表面反射的光強(qiáng)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算,從而恢復(fù)出物體的信息。與傳統(tǒng)的鬼成像實(shí)驗(yàn)相比,實(shí)驗(yàn)中省去參考光路這一臂而用計(jì)算機(jī)Labview虛擬計(jì)算出參考光傳播到待測物體處的光強(qiáng)分布。

實(shí)施例1

為了實(shí)現(xiàn)水下超長距離探測功能,本發(fā)明設(shè)計(jì)的成像系統(tǒng)采用收發(fā)分離的結(jié)構(gòu)如圖2所示,其中30為裝載有本發(fā)明所述探測系統(tǒng)的艦船或浮標(biāo),31為裝載有本發(fā)明所述預(yù)置光源的水下機(jī)器人或水下潛航裝置,5為待測物體(待測目標(biāo))。

目標(biāo)探測方法:水下組網(wǎng)的方式可以使攜帶了本發(fā)明中所述的預(yù)置光源系統(tǒng)的水下機(jī)器人或水下潛航裝置接近待測目標(biāo),而我們的探測裝置可以裝載在艦船或者浮標(biāo)裝置上等接收端來,通過無線或者時(shí)鐘同步的手段,探測裝置可以和水下機(jī)器人或水下潛航裝置進(jìn)行水下通信或時(shí)鐘同步觸發(fā)隨機(jī)光源產(chǎn)生變化的光場,這樣收發(fā)分離的方式結(jié)合鬼像的成像特點(diǎn)就能夠?qū)崿F(xiàn)水下超長距離的探測功能。

實(shí)施例2

本發(fā)明所述的計(jì)算鬼成像裝置的構(gòu)成如圖3所示,包括:1預(yù)置光源系統(tǒng),5待測物體,13水體,14分束器,15透鏡,16連續(xù)衰減器,17光強(qiáng)探測器,18CCD,19計(jì)算機(jī)。

目標(biāo)探測方法:在實(shí)驗(yàn)室條件下,使用裝水玻璃容器模擬海洋水下環(huán)境,將待測物體(反射十字)置于光路中。Labview控制DMD產(chǎn)生20000個相位隨機(jī)圖片(像素為40×40),即隨機(jī)光源。隨機(jī)光源傳播到達(dá)待測物體,經(jīng)過待測物體反射到達(dá)分束器,再經(jīng)分束器反射被桶探測器接收,與計(jì)算所得參考光傳播相同距離處的光強(qiáng)分布進(jìn)行二階關(guān)聯(lián)計(jì)算,采樣1000張?jiān)诩兯械贸瞿繕?biāo)物體的像如圖4。系統(tǒng)中的CCD成像為傳統(tǒng)光學(xué)成像手段,與本發(fā)明基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像系統(tǒng)在水中加入一定散射條件下(濁度50NTU,NTU為濁度單位)成像結(jié)果如圖5所示,實(shí)驗(yàn)證明在水的散射條件會影響傳統(tǒng)光學(xué)成像效果,而本發(fā)明中的成像系統(tǒng)比較清晰地恢復(fù)目標(biāo)物信息。

實(shí)施例3

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上,在實(shí)驗(yàn)環(huán)境加入模擬實(shí)際水體環(huán)境的散射介質(zhì),其他實(shí)驗(yàn)環(huán)境及參數(shù)與例1相同。

目標(biāo)探測方法:在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上,在水體中加入散射介質(zhì)如1250目的高嶺土,使得濁度隨高嶺土在水中的懸濁量變化。重復(fù)實(shí)施例1的操作方法。圖3系統(tǒng)中的CCD成像為傳統(tǒng)光學(xué)成像手段,與本發(fā)明基于計(jì)算鬼像的水下超長距離成像系統(tǒng)在水中加入一定散射條件下(濁度50NTU,NTU為濁度單位)成像結(jié)果如圖5所示,實(shí)驗(yàn)證明在水的散射條件會影響傳統(tǒng)光學(xué)成像效果,而本發(fā)明中的成像系統(tǒng)比較清晰地恢復(fù)目標(biāo)物信息。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出本發(fā)明具有良好的水下抗擾動和抗散射特性。

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