本發(fā)明涉及海底礦產(chǎn)探測技術(shù)，尤其涉及一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

技術(shù)詞解釋：

高清攝像機(jī)：即是可以高質(zhì)量、高清晰影像，拍攝出來的畫面可以達(dá)到720線逐行掃描方式、分辨率1280*720，或到達(dá)1080線隔行掃描方式、分辨率 1920 *1080的數(shù)碼攝像機(jī)。

高光譜相機(jī)：利用高光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)的相機(jī)。

高光譜成像技術(shù)：其所產(chǎn)生的高光譜圖像就是在光譜維度上進(jìn)行了細(xì)致的分割，不僅僅是傳統(tǒng)所謂的黑、白或者R、G、B的區(qū)別，而是在光譜維度上也有N個(gè)通道，例如：我們可以把400nm-1000nm分為300個(gè)通道，因此，通過高光譜設(shè)備，如高光譜相機(jī)，獲取到的是一個(gè)數(shù)據(jù)立方，不僅有圖像的信息，并且在光譜維度上進(jìn)行展開，結(jié)果不僅可以獲得圖像上每個(gè)點(diǎn)的光譜數(shù)據(jù)，還可以獲得任一個(gè)譜段的影像信息；常見的高光譜成像技術(shù)包括光柵分光、聲光可調(diào)諧濾波分光、棱鏡分光、芯片鍍膜等，并且已廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘探、農(nóng)業(yè)、藥業(yè)、食品等方面，充分展示了高光譜成像技術(shù)的優(yōu)勢與潛力。

人類社會的發(fā)展，離不開對各種資源的開發(fā)和利用，而在陸地資源逐漸枯竭的今天，人們把目光投向了深海大洋。在海洋中，其幾乎存有陸地上有的各種資源，并且還有陸地上沒有的一些資源，因此，為了對海洋中的資源，尤其是海洋中的礦產(chǎn)資源，進(jìn)行開發(fā)和利用，人們研發(fā)出海底礦產(chǎn)探測設(shè)備。然而，目前常用的海底礦產(chǎn)探測設(shè)備無法無接觸地進(jìn)行海底物質(zhì)的快速探測，因此，其并不便于操作使用，而且效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的是提供一種水下光譜復(fù)合成像探測方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)，包括框體和計(jì)算機(jī)，所述框體的內(nèi)腔中設(shè)有電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)分別連接有電子控制模塊、高光譜相機(jī)、鹵素?zé)?、協(xié)查光譜探測器及協(xié)查光源或協(xié)查射線源，所述電子控制模塊分別與高光譜相機(jī)和協(xié)查光譜探測器連接；所述框體上設(shè)有電源電纜接口、水下定位信標(biāo)及光電復(fù)合纜纜端接口，所述電源系統(tǒng)與電源電纜接口連接，所述高光譜相機(jī)和協(xié)查光譜探測器均通過光電復(fù)合纜纜端接口從而與計(jì)算機(jī)通訊連接；

所述高光譜相機(jī)，用于進(jìn)行高光譜成像，從而采集獲得高光譜圖像，然后將采集到的高光譜圖像傳輸至計(jì)算機(jī)；

所述協(xié)查光譜探測器，用于進(jìn)行光譜探測，從而采集獲得光譜信息，然后將采集到的光譜信息傳輸至計(jì)算機(jī)；

所述計(jì)算機(jī)，用于利用光譜特征數(shù)據(jù)庫來對采集到的高光譜圖像和光譜信息進(jìn)行光譜匹配識別，從而實(shí)現(xiàn)礦物的識別。

進(jìn)一步，所述計(jì)算機(jī)包括：

高光譜圖像識別模塊，用于對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果獲得相對應(yīng)的化學(xué)成分；

粗定位模塊，用于根據(jù)得出的化學(xué)成分以及獲得的系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，從而確定目標(biāo)礦物所處的區(qū)域范圍；

控制模塊，用于控制協(xié)查光譜探測器對該區(qū)域范圍進(jìn)行光譜探測；

光譜信息識別模塊，用于對采集到的光譜信息進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，利用光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而獲得最終的化學(xué)成分及含量或者對顏色相近的物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)的識別。

進(jìn)一步，所述對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取，其具體包括：

對采集到的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，其中，所述的預(yù)處理包括降噪處理、背景去除處理和歸一化處理；

對預(yù)處理后的高光譜圖像進(jìn)行校正和光譜重建；

對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取。

進(jìn)一步，所述協(xié)查光譜探測器為X射線探測器，所述協(xié)查射線源為X射線源，

或，所述協(xié)查光譜探測器為激光拉曼光譜儀，所述協(xié)查光源為Nd:YAG激光光源，

或，所述協(xié)查光譜探測器為高清攝像機(jī)，所述協(xié)查光源為近紫外LED燈。

進(jìn)一步，所述電源系統(tǒng)包括總電源控制模塊、燈光電源控制模塊及設(shè)備電源控制模塊，所述總電源控制模塊分別與電源電纜接口、燈光電源控制模塊及設(shè)備電源控制模塊連接，所述設(shè)備電源控制模塊分別與電子控制模塊、高光譜相機(jī)及協(xié)查光譜探測器連接，所述燈光電源控制模塊分別與電子控制模塊和鹵素?zé)暨B接；

當(dāng)所述協(xié)查射線源為X射線源，或所述協(xié)查光源為Nd:YAG激光光源時(shí)，所述X射線源或Nd:YAG激光光源與設(shè)備電源控制模塊連接；

當(dāng)所述協(xié)查光源為近紫外LED燈時(shí)，所述近紫外LED燈與燈光電源控制模塊連接。

進(jìn)一步，所述框體上還設(shè)有聲學(xué)釋放器，所述框體的底部設(shè)有配重底座，所述框體內(nèi)腔的頂部設(shè)有浮力材料層。

進(jìn)一步，所述高光譜相機(jī)包括高光譜相機(jī)主體和密封罐，所述密封罐上設(shè)有觀察窗口，所述高光譜相機(jī)主體設(shè)置在密封罐的內(nèi)腔中，所述高光譜相機(jī)主體的鏡頭朝向觀察窗口。

進(jìn)一步，還包括水密接插件，所述高光譜相機(jī)主體通過水密接插件與光電復(fù)合纜纜端接口連接。

進(jìn)一步，所述觀察窗口采用鋼化硼硅酸鹽玻璃來實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步，所述鋼化硼硅酸鹽玻璃的內(nèi)壁設(shè)有氟化鎂增透膜。

進(jìn)一步，所述水密接插件為以太網(wǎng)水密接插件。

進(jìn)一步，所述高光譜相機(jī)采用光譜分辨率為0.1nm～3nm、光譜覆蓋范圍為400nm～1000nm、最大波段數(shù)為350個(gè)波段以上的高光譜相機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是：一種水下光譜復(fù)合成像探測方法，該方法包括：

對海底進(jìn)行高光譜成像，從而采集獲得高光譜圖像，并將采集到的高光譜圖像傳輸至計(jì)算機(jī)上；

計(jì)算機(jī)對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果獲得相對應(yīng)的化學(xué)成分；

根據(jù)得出的化學(xué)成分以及獲得的系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，從而確定目標(biāo)礦物所處的區(qū)域范圍；

控制協(xié)查光譜探測器對該區(qū)域范圍進(jìn)行光譜探測，然后所述協(xié)查光譜探測器將采集到的光譜信息傳輸至計(jì)算機(jī)上；

計(jì)算機(jī)對采集到的光譜信息進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，利用光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而獲得最終的化學(xué)成分及含量或者對顏色相近的物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)的識別。

進(jìn)一步，所述對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取這一步驟，其具體包括：

對采集到的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，其中，所述的預(yù)處理包括降噪處理、背景去除處理和歸一化處理；

對預(yù)處理后的高光譜圖像進(jìn)行校正和光譜重建；

對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取。

進(jìn)一步，該方法還包括光譜特征數(shù)據(jù)庫建立這一步驟，所述光譜特征數(shù)據(jù)庫建立這一步驟具體包括：

根據(jù)觀測配套參數(shù)從協(xié)查光譜探測器獲取光譜信息以及從高光譜相機(jī)獲取高光譜圖像；

對獲得的光譜信息和高光譜圖像分別進(jìn)行預(yù)處理；

對預(yù)處理后的光譜信息和高光譜圖像進(jìn)行光譜特征提取并將提取出的光譜特征參數(shù)進(jìn)行參量化，然后根據(jù)參量化后得到的數(shù)據(jù)從而建立出光譜特征數(shù)據(jù)庫。

進(jìn)一步，所述對獲得的光譜信息進(jìn)行預(yù)處理器這一步驟，其具體為：對獲得的光譜信息進(jìn)行反射率轉(zhuǎn)換和濾波處理。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的探測系統(tǒng)框體中設(shè)有電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)分別連接有電子控制模塊、高光譜相機(jī)、鹵素?zé)?、協(xié)查光譜探測器及協(xié)查光源或協(xié)查射線源，所述電子控制模塊分別與高光譜相機(jī)和協(xié)查光譜探測器連接，并且框體上設(shè)有電源電纜接口、水下定位信標(biāo)及光電復(fù)合纜纜端接口，所述電源系統(tǒng)與電源電纜接口連接，所述高光譜相機(jī)和協(xié)查光譜探測器均通過光電復(fù)合纜纜端接口與計(jì)算機(jī)通訊連接，因此由此可得，通過使用本發(fā)明的探測系統(tǒng)，能快速且無接觸地對海底目標(biāo)礦物進(jìn)行探測，大大提高效率以及操作便利性，而且其還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的另一有益效果是：本發(fā)明的方法通過高光譜相機(jī)和協(xié)查光譜探測器所采集的光譜信息采集和識別，從而實(shí)現(xiàn)深海海底礦產(chǎn)的識別，這樣則能快速且無接觸地對海底目標(biāo)礦物進(jìn)行探測，大大提高效率以及操作便利性，而且其還具有步驟簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)的第一具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)的第二具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)的第三具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一種水下光譜復(fù)合成像探測方法的步驟流程圖。

1、光電復(fù)合纜纜端接口；2、水下定位信標(biāo)；3、聲學(xué)釋放器；4、電源電纜接口；5、電源系統(tǒng)；6、協(xié)查光譜探測器；7、鹵素?zé)簦?、配重底座；9、浮力材料層；10、高光譜相機(jī)；11、協(xié)查光源或射線源；12、框體；13、電子控制模塊；

51、總電源控制模塊；52、燈光電源控制模塊；53、設(shè)備電源控制模塊；

61、X射線探測器；62、激光拉曼光譜儀；63、高清攝像機(jī)；

111、X射線源；112、Nd:YAG激光光源；113、近紫外LED燈。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)，包括框體12和計(jì)算機(jī)，所述框體12的內(nèi)腔中設(shè)有電源系統(tǒng)5，所述電源系統(tǒng)5分別連接有電子控制模塊13、高光譜相機(jī)10、鹵素?zé)?、協(xié)查光譜探測器6及協(xié)查光源或協(xié)查射線源11，所述電子控制模塊13分別與高光譜相機(jī)10和協(xié)查光譜探測器6連接；

所述框體12上設(shè)有電源電纜接口4、水下定位信標(biāo)2及光電復(fù)合纜纜端接口1，所述電源系統(tǒng)5與電源電纜接口4連接，所述高光譜相機(jī)10和協(xié)查光譜探測器6均通過光電復(fù)合纜纜端接口1從而與計(jì)算機(jī)通訊連接；

所述高光譜相機(jī)10，用于進(jìn)行高光譜成像，從而采集獲得高光譜圖像，然后將采集到的高光譜圖像傳輸至計(jì)算機(jī)；

所述協(xié)查光譜探測器6，用于進(jìn)行光譜探測，從而采集獲得光譜信息，然后將采集到的光譜信息傳輸至計(jì)算機(jī)；

所述計(jì)算機(jī)，用于利用光譜特征數(shù)據(jù)庫來對采集到的高光譜圖像和光譜信息進(jìn)行光譜匹配識別，從而實(shí)現(xiàn)礦物的識別。所述計(jì)算機(jī)設(shè)置在甲板上。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，所述計(jì)算機(jī)包括：

高光譜圖像識別模塊，用于對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果獲得相對應(yīng)的化學(xué)成分；

粗定位模塊，用于根據(jù)得出的化學(xué)成分以及獲得的系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，從而確定目標(biāo)礦物所處的區(qū)域范圍；

控制模塊，用于控制協(xié)查光譜探測器對該區(qū)域范圍進(jìn)行光譜探測；

光譜信息識別模塊，用于對采集到的光譜信息進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，利用光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而獲得最終的化學(xué)成分及含量或者對顏色相近的物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)的識別。其中，所述的系統(tǒng)當(dāng)前位置信息包括高度信息和利用水下定位信標(biāo)而所采集到的位置信息。

由上述可得，對于一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)，如圖5所示，其具體探測方法包括步驟有：

S101、開始進(jìn)行深海海底礦產(chǎn)探測，利用高光譜相機(jī)10對海底進(jìn)行高光譜成像，從而拍攝獲得高光譜圖像，并將獲得的高光譜圖像通過光電復(fù)合纜纜端接口1實(shí)時(shí)傳出至計(jì)算機(jī)上，同時(shí)系統(tǒng)當(dāng)前位置信息也實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)上；

S102、計(jì)算機(jī)對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果區(qū)分得出大致的化學(xué)成分，這樣根據(jù)得出的大致化學(xué)成分及系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，這樣結(jié)合系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，便能得到礦產(chǎn)在海底的大概分布情況，實(shí)現(xiàn)普查；

S103、根據(jù)得出的大致化學(xué)成分及系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，能夠初步確定目標(biāo)礦產(chǎn)所處的重點(diǎn)區(qū)域范圍；

S104、根據(jù)得到的重點(diǎn)區(qū)域范圍從而控制調(diào)整框體12的懸浮位置和高度，從而控制使協(xié)查光譜探測器6對該區(qū)域范圍進(jìn)行光譜探測，然后所述協(xié)查光譜探測器將采集到的光譜信息傳輸至計(jì)算機(jī)上；

S105、計(jì)算機(jī)對采集到的光譜信息進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，利用光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而獲得最終的化學(xué)成分及含量或者對顏色相近的物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，以實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)的詳查識別。由此可得，本發(fā)明的探測系統(tǒng)能無接觸地對海底礦產(chǎn)進(jìn)行快速探測，工作效率及操作便利性高，而且其還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，所述對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取，其具體包括：

對采集到的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，其中，所述的預(yù)處理包括降噪處理、背景去除處理和歸一化處理；

對預(yù)處理后的高光譜圖像進(jìn)行校正和光譜重建；

對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，上述方法還包括光譜特征數(shù)據(jù)庫建立這一步驟，所述光譜特征數(shù)據(jù)庫建立這一步驟具體包括：

根據(jù)觀測配套參數(shù)從協(xié)查光譜探測器獲取光譜信息以及從高光譜相機(jī)獲取高光譜圖像；

對獲得的光譜信息和高光譜圖像分別進(jìn)行預(yù)處理；

對預(yù)處理后的光譜信息和高光譜圖像進(jìn)行光譜特征提取并將提取出的光譜特征參數(shù)進(jìn)行參量化，然后根據(jù)參量化后得到的數(shù)據(jù)從而建立出光譜特征數(shù)據(jù)庫。其中優(yōu)選地，所述對獲得的光譜信息進(jìn)行預(yù)處理器這一步驟，其具體為：對獲得的光譜信息進(jìn)行反射率轉(zhuǎn)換和濾波處理。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，所述協(xié)查光譜探測器6為X射線探測器，所述協(xié)查射線源11為X射線源，

或，所述協(xié)查光譜探測器6為激光拉曼光譜儀，所述協(xié)查光源11為Nd:YAG激光光源，

或，所述協(xié)查光譜探測器為高清攝像機(jī)，所述協(xié)查光源11為近紫外LED燈。對于所述協(xié)查光譜探測器6，其是采用X射線探測器、激光拉曼光譜儀或高清攝像機(jī)，這根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇設(shè)置便可。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，所述電源系統(tǒng)包括總電源控制模塊、燈光電源控制模塊、設(shè)備電源控制模塊，所述總電源控制模塊分別與電源電纜接口4、燈光電源控制模塊及設(shè)備電源控制模塊連接，所述設(shè)備電源控制模塊分別與電子控制模塊13、高光譜相機(jī)10及協(xié)查光譜探測器6連接，所述燈光電源控制模塊分別與電子控制模塊13和鹵素?zé)?連接；

當(dāng)所述協(xié)查射線源11為X射線源，或所述協(xié)查光源11為Nd:YAG激光光源時(shí)，所述X射線源或Nd:YAG激光光源與設(shè)備電源控制模塊連接；

當(dāng)所述協(xié)查光源11為近紫外LED燈時(shí)，所述近紫外LED燈與燈光電源控制模塊連接。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，對于所述鹵素?zé)?，為了提高照明效果，可選用多盞150W或400W深海鹵素?zé)簦@樣不僅能從不同的角度入射，還可以在很大程度上消除陰影，并為海底三維攝像提供更優(yōu)的照明組合方案。優(yōu)選地，所述鹵素?zé)?可采用HL-2000鹵鎢燈來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明第一具體實(shí)施例

如圖2所示，一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)，包括框體12和計(jì)算機(jī)，所述框體12的內(nèi)腔中設(shè)有電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)分別連接有電子控制模塊13、高光譜相機(jī)10、鹵素?zé)?、X射線探測器61及X射線源111，所述電子控制模塊13分別與高光譜相機(jī)10和X射線探測器61連接；

具體地，所述電源系統(tǒng)包括總電源控制模塊51、燈光電源控制模塊52、設(shè)備電源控制模塊53，所述總電源控制模塊51分別與燈光電源控制模塊52、設(shè)備電源控制模塊53連接，所述設(shè)備電源控制模塊53分別與電子控制模塊13、高光譜相機(jī)10、X射線探測器61、X射線源111連接，所述燈光電源控制模塊52分別與電子控制模塊13、鹵素?zé)?連接；

所述框體12上設(shè)有電源電纜接口4、水下定位信標(biāo)2及光電復(fù)合纜纜端接口1，所述總電源控制模塊51與電源電纜接口4連接，所述高光譜相機(jī)10和X射線探測器61均通過光電復(fù)合纜纜端接口1從而與計(jì)算機(jī)通訊連接。

對于上述的探測系統(tǒng)，其具體工作方法步驟包括有：

S201、開始進(jìn)行深海海底礦產(chǎn)探測，利用高光譜相機(jī)10在鹵素?zé)?照明下對海底進(jìn)行高光譜成像，從而拍攝獲得高光譜圖像，并將獲得的高光譜圖像通過光電復(fù)合纜纜端接口1實(shí)時(shí)傳出至計(jì)算機(jī)上，同時(shí)系統(tǒng)當(dāng)前位置信息也實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)上；

S202、計(jì)算機(jī)對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果區(qū)分得出大致的化學(xué)成分，這樣根據(jù)得出的大致化學(xué)成分及系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，便能得到礦產(chǎn)在海底的大概分布情況，實(shí)現(xiàn)普查；

S203、根據(jù)得出的大致化學(xué)成分及系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，能夠初步確定目標(biāo)礦產(chǎn)所處的重點(diǎn)區(qū)域范圍；

S204、根據(jù)得到的重點(diǎn)區(qū)域范圍從而控制調(diào)整框體12的懸浮位置和高度，從而控制使X射線探測器61在X射線源111的照射下對該重點(diǎn)區(qū)域范圍進(jìn)行目標(biāo)礦產(chǎn)的光譜探測，然后所述X射線探測器61將采集到的光譜信息傳輸至計(jì)算機(jī)上；

S205、計(jì)算機(jī)對采集到的光譜信息進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，利用光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分的分析，從而獲得該目標(biāo)礦產(chǎn)最終的化學(xué)成分及含量，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)礦產(chǎn)類型的最終鑒定識別，實(shí)現(xiàn)詳查。

對于上述對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取這一步驟，其具體包括：

對采集到的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，其中，所述的預(yù)處理包括降噪處理、背景去除處理和歸一化處理；

對預(yù)處理后的高光譜圖像進(jìn)行校正和光譜重建，其中，所述的校正包括有幾何校正或輻射校正；

對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取。

利用降維方法來對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取，其中，所述的降維方式包括有主分量分析PCA和獨(dú)立成分分析ICA。

而對于步驟S202中所述的將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果區(qū)分得出大致的化學(xué)成分這一步驟，其主要是：將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而實(shí)現(xiàn)光譜特征識別、光譜匹配識別、波形特征識別、混合像元識別，然后根據(jù)識別結(jié)果區(qū)分得出礦產(chǎn)的大致化學(xué)成分，實(shí)現(xiàn)礦物的類別初步區(qū)分。

在步驟S201前還設(shè)有光譜特征數(shù)據(jù)庫建立這一步驟，其具體包括：

利用X射線探測器61和高光譜相機(jī)10對樣品礦物進(jìn)行光譜探測；

根據(jù)觀測配套參數(shù)從X射線探測器61獲取光譜信息以及從高光譜相機(jī)10獲取高光譜圖像；

對獲得的光譜信息進(jìn)行預(yù)處理，具體為，進(jìn)行反射率轉(zhuǎn)換和濾波處理；

對獲得的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，具體為，進(jìn)行降噪、背景去除、歸一化、幾何校正、輻射校正處理等；

對預(yù)處理后的光譜信息和高光譜圖像進(jìn)行光譜特征提取并將提取出的光譜特征參數(shù)進(jìn)行參量化，然后根據(jù)參量化后得到的數(shù)據(jù)從而建立出光譜特征數(shù)據(jù)庫，其中，在建立時(shí)，會進(jìn)行光譜特征與目標(biāo)屬性參數(shù)之間關(guān)系的建模，以達(dá)到根據(jù)光譜特征來進(jìn)行物質(zhì)區(qū)分的目的。

由上述可得，通過使用本發(fā)明的探測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無接觸地對海底礦產(chǎn)進(jìn)行快速探測的功能，而且由于X射線探測器本身具有光譜譜線簡單，分析速度快、測量元素多、能進(jìn)行多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)，以及其測量的元素范圍可包括周期表中從Be～U的所有元素等特點(diǎn)，因此，通過采用X射線探測器還能更全面且準(zhǔn)確地獲得海底大部分重要物質(zhì)的分布情況，海底礦產(chǎn)探測全面性高。

對于上述的X射線源111，其優(yōu)選選取OEG75H型X射線管來實(shí)現(xiàn)。而為了能夠?qū)δ繕?biāo)礦物元素準(zhǔn)確分析，所述X射線探測器61的能量分辨率最好為145-230eV FWHM，因此優(yōu)選地，采用Super SDD探測器來實(shí)現(xiàn)X射線探測器61。

本發(fā)明第二具體實(shí)施例

如圖3所示，一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)，包括框體12和計(jì)算機(jī)，所述框體12的內(nèi)腔中設(shè)有電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)分別連接有電子控制模塊13、高光譜相機(jī)10、鹵素?zé)?、激光拉曼光譜儀62及Nd:YAG激光光源112，所述電子控制模塊13分別與高光譜相機(jī)10和X射線探測器61連接；

具體地，所述電源系統(tǒng)包括總電源控制模塊51、燈光電源控制模塊52、設(shè)備電源控制模塊53，所述總電源控制模塊51分別與燈光電源控制模塊52、設(shè)備電源控制模塊53連接，所述設(shè)備電源控制模塊53分別與電子控制模塊13、高光譜相機(jī)10、激光拉曼光譜儀62、Nd:YAG激光光源112連接，所述燈光電源控制模塊52分別與電子控制模塊13、鹵素?zé)?連接；

所述框體12上設(shè)有電源電纜接口4、水下定位信標(biāo)2及光電復(fù)合纜纜端接口1，所述總電源控制模塊51與電源電纜接口4連接，所述高光譜相機(jī)10和激光拉曼光譜儀62均通過光電復(fù)合纜纜端接口1與計(jì)算機(jī)通訊連接。

對于上述的探測系統(tǒng)，其具體工作方法步驟包括有：

S301、開始進(jìn)行深海海底礦產(chǎn)探測，利用高光譜相機(jī)10在鹵素?zé)?照明下對海底進(jìn)行高光譜成像，從而拍攝獲得高光譜圖像，并將獲得的高光譜圖像通過光電復(fù)合纜纜端接口1實(shí)時(shí)傳出至計(jì)算機(jī)上，同時(shí)系統(tǒng)當(dāng)前位置信息也實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)上；

S302、計(jì)算機(jī)對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果區(qū)分得出大致的化學(xué)成分，這樣根據(jù)得出的大致化學(xué)成分及系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，便能得到礦產(chǎn)在海底的大概分布情況，實(shí)現(xiàn)普查；

S303、根據(jù)得出的大致化學(xué)成分及系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，能夠初步確定目標(biāo)礦產(chǎn)所處的重點(diǎn)區(qū)域范圍；

S304、根據(jù)得到的重點(diǎn)區(qū)域范圍從而控制調(diào)整框體12的懸浮位置和高度，從而控制使激光拉曼光譜儀62在Nd:YAG激光光源112的照射下對該重點(diǎn)區(qū)域范圍進(jìn)行目標(biāo)礦產(chǎn)的光譜探測，然后所述激光拉曼光譜儀62將采集到的光譜信息傳輸至計(jì)算機(jī)上；

S305、計(jì)算機(jī)對采集到的光譜信息進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，利用光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分的分析，從而獲得該目標(biāo)礦產(chǎn)最終的化學(xué)成分及含量，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)礦產(chǎn)類型的最終鑒定識別，實(shí)現(xiàn)詳查。

對于上述對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取這一步驟，其具體包括：

對采集到的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，其中，所述的預(yù)處理包括降噪處理、背景去除處理和歸一化處理；

對預(yù)處理后的高光譜圖像進(jìn)行校正和光譜重建，其中，所述的校正包括有幾何校正或輻射校正；

對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取。

利用降維方法來對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取，其中，所述的降維方式包括有主分量分析PCA和獨(dú)立成分分析ICA。

而對于步驟S302中所述的將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果區(qū)分得出大致的化學(xué)成分這一步驟，其主要是：將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而實(shí)現(xiàn)光譜特征識別、光譜匹配識別、波形特征識別、混合像元識別，然后根據(jù)識別結(jié)果區(qū)分得出礦產(chǎn)的大致化學(xué)成分，實(shí)現(xiàn)礦物的類別初步區(qū)分。

在步驟S301前還設(shè)有光譜特征數(shù)據(jù)庫建立這一步驟，其具體包括：

利用激光拉曼光譜儀62和高光譜相機(jī)10對樣品礦物進(jìn)行光譜探測；

根據(jù)觀測配套參數(shù)從激光拉曼光譜儀62獲取光譜信息以及從高光譜相機(jī)10獲取高光譜圖像；

對獲得的光譜信息進(jìn)行預(yù)處理，具體為，進(jìn)行反射率轉(zhuǎn)換和濾波處理；

對獲得的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，具體為，進(jìn)行降噪、背景去除、歸一化、幾何校正、輻射校正處理等；

對預(yù)處理后的光譜信息和高光譜圖像進(jìn)行光譜特征提取并將提取出的光譜特征參數(shù)進(jìn)行參量化，然后根據(jù)參量化后得到的數(shù)據(jù)從而建立出光譜特征數(shù)據(jù)庫，其中，在建立時(shí)，會進(jìn)行光譜特征與目標(biāo)屬性參數(shù)之間關(guān)系的建模，以達(dá)到根據(jù)光譜特征來進(jìn)行物質(zhì)區(qū)分的目的。

由上述可得，通過使用本發(fā)明的探測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無接觸地對海底礦產(chǎn)進(jìn)行快速探測的功能，而且由于激光拉曼光譜儀本身不僅可針對深海海底里的礦產(chǎn)進(jìn)行化學(xué)成分含量分析，還可對深海海底里的巖石、間隙水、冷泉或熱液、微生物席和海底溢出氣體等進(jìn)行化學(xué)成分含量分析，因此，通過采用激光拉曼光譜儀便能實(shí)現(xiàn)對深海海底固、液、氣態(tài)目標(biāo)物的水下原位化學(xué)快速探測，海底探測所探測的種類更多樣化。所述激光拉曼光譜儀62為深紫外激光拉曼光譜儀。

對于上述的Nd:YAG激光光源112，由于深海中，熒光影響小，因此其優(yōu)選可采用波長為532nm的Nd:YAG激光器來實(shí)現(xiàn)。而對于所述的激光拉曼光譜儀62，其則可優(yōu)選采用美國激光拉曼光譜儀AvaRaman-532TEC來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明第三具體實(shí)施例

如圖4所示，一種水下光譜復(fù)合成像探測系統(tǒng)，包括框體12和計(jì)算機(jī)，所述框體12的內(nèi)腔中設(shè)有電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)分別連接有電子控制模塊13、高光譜相機(jī)10、鹵素?zé)?、高清攝像機(jī)63及近紫外LED燈113，所述電子控制模塊13分別與高光譜相機(jī)10和高清攝像機(jī)63連接；

具體地，所述電源系統(tǒng)包括總電源控制模塊51、燈光電源控制模塊52、設(shè)備電源控制模塊53，所述總電源控制模塊51分別與燈光電源控制模塊52、設(shè)備電源控制模塊53連接，所述設(shè)備電源控制模塊53分別與電子控制模塊13、高光譜相機(jī)10、高清攝像機(jī)63連接，所述燈光電源控制模塊52分別與電子控制模塊13、近紫外LED燈113、鹵素?zé)?連接；

所述框體12上設(shè)有電源電纜接口4、水下定位信標(biāo)2及光電復(fù)合纜纜端接口1，所述總電源控制模塊51與電源電纜接口4連接，所述高光譜相機(jī)10和高清攝像機(jī)63均通過光電復(fù)合纜纜端接口1與計(jì)算機(jī)通訊連接。

對于上述的探測系統(tǒng)，其具體工作方法步驟包括有：

S401、開始進(jìn)行深海海底礦產(chǎn)探測，利用高光譜相機(jī)10在鹵素?zé)?照明下對海底進(jìn)行高光譜成像，從而拍攝獲得高光譜圖像，并將獲得的高光譜圖像通過光電復(fù)合纜纜端接口1實(shí)時(shí)傳出至計(jì)算機(jī)上，同時(shí)系統(tǒng)當(dāng)前位置信息也實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)上；

S402、計(jì)算機(jī)對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果區(qū)分得出大致的化學(xué)成分，這樣根據(jù)得出的大致化學(xué)成分及系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，這樣結(jié)合系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，便能得到礦產(chǎn)在海底的大概分布情況，實(shí)現(xiàn)普查；

S403、根據(jù)得出的大致化學(xué)成分及系統(tǒng)當(dāng)前位置信息，能夠初步確定目標(biāo)礦產(chǎn)所處的重點(diǎn)區(qū)域范圍；

S404、根據(jù)得到的重點(diǎn)區(qū)域范圍從而控制調(diào)整框體12的懸浮位置和高度，從而控制使高清攝像機(jī)63在近紫外LED燈113的光照下對該重點(diǎn)區(qū)域范圍進(jìn)行目標(biāo)礦產(chǎn)的光譜探測，然后所述高清攝像機(jī)63將采集到的紫外熒光光譜信息傳輸至計(jì)算機(jī)上，同時(shí)，利用高光譜相機(jī)10在近紫外LED燈113的光照下對對該重點(diǎn)區(qū)域范圍進(jìn)行高光譜成像，從而采集得到相對應(yīng)的紫外熒光高光譜圖像，將所述紫外熒光光譜信息和紫外熒光高光譜圖像傳輸至計(jì)算機(jī)；

S405、計(jì)算機(jī)對采集到的紫外熒光光譜信息和紫外熒光高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取后，利用提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配綜合處理，從而對顏色相近的礦產(chǎn)物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)礦產(chǎn)類型的最終鑒定識別，實(shí)現(xiàn)詳查。

對于上述對采集到的高光譜圖像進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取這一步驟，其具體包括：

對采集到的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，其中，所述的預(yù)處理包括降噪處理、背景去除處理和歸一化處理；

對預(yù)處理后的高光譜圖像進(jìn)行校正和光譜重建，其中，所述的校正包括有幾何校正或輻射校正；

對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取。

利用降維方法來對重建后得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜特征參數(shù)提取，其中，所述的降維方式包括有主分量分析PCA和獨(dú)立成分分析ICA。

而對于步驟S402中所述的將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而根據(jù)匹配結(jié)果區(qū)分得出大致的化學(xué)成分這一步驟，其主要是：將提取出的光譜特征參數(shù)與光譜特征數(shù)據(jù)庫中的實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，從而實(shí)現(xiàn)光譜特征識別、光譜匹配識別、波形特征識別、混合像元識別，然后根據(jù)識別結(jié)果區(qū)分得出礦產(chǎn)的大致化學(xué)成分，實(shí)現(xiàn)礦物的類別初步區(qū)分。

在步驟S401前還設(shè)有光譜特征數(shù)據(jù)庫建立這一步驟，其具體包括：

利用高清攝像機(jī)63和高光譜相機(jī)10對樣品礦物進(jìn)行光譜探測，其中，令高光譜相機(jī)10分別在鹵素?zé)?的光照下和近紫外LED燈113的光照下，對樣品礦物進(jìn)行高光譜成像，從而采集得到相對應(yīng)的高光譜圖像，令高清攝像機(jī)63在近紫外LED燈113的光照下對樣品礦產(chǎn)進(jìn)行光譜探測，從而采集得到相對應(yīng)的光譜信息；

根據(jù)觀測配套參數(shù)從高清攝像機(jī)63獲取光譜信息以及從高光譜相機(jī)10獲取高光譜圖像；

對獲得的光譜信息進(jìn)行預(yù)處理；

對獲得的高光譜圖像進(jìn)行預(yù)處理，具體為，進(jìn)行降噪、背景去除、歸一化、幾何校正、輻射校正處理等；

對預(yù)處理后的光譜信息和高光譜圖像進(jìn)行光譜特征提取并將提取出的光譜特征參數(shù)進(jìn)行參量化，然后根據(jù)參量化后得到的數(shù)據(jù)從而建立出光譜特征數(shù)據(jù)庫，其中，在建立時(shí)，會進(jìn)行光譜特征與目標(biāo)屬性參數(shù)之間關(guān)系的建模，以達(dá)到根據(jù)光譜特征來進(jìn)行物質(zhì)區(qū)分的目的。

由上述可得，通過使用本發(fā)明的探測系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無接觸地對海底礦產(chǎn)進(jìn)行快速探測的功能，而且結(jié)合高光譜相機(jī)和高清攝像機(jī)在紫外熒光下的探測，還能對顏色相近的物質(zhì)進(jìn)行有效的區(qū)分，大大提高目標(biāo)礦產(chǎn)所屬類型的識別準(zhǔn)確率。

對于上述的近紫外LED燈113，為了提高照明效果，其可優(yōu)選采用多個(gè)功率為50W，且中心波長為365nm的近紫外LED燈，為紫外熒光成像提供均勻的照明。而對于所述的高清攝像機(jī)63，由于運(yùn)載工具在拖曳式工作時(shí)為近海底約3m的高度前進(jìn)，因此優(yōu)選采用在1～5m范圍內(nèi)可快速自動(dòng)聚焦的彩色攝像頭2只來實(shí)現(xiàn)，這與單攝像頭相比，多攝像頭可實(shí)現(xiàn)不同角度的海底攝像便于形成立體圖像，為后期的計(jì)算機(jī)三維圖像反演創(chuàng)造可能。具體地，所述高清攝像機(jī)63采用型號為AvaRaman-532TEC的高清攝像機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

作為上述三個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，所述框體12上還設(shè)有聲學(xué)釋放器3，所述框體12的底部設(shè)有配重底座8，所述框體12內(nèi)腔的頂部設(shè)有浮力材料層9。所述聲學(xué)釋放器3應(yīng)用于水下應(yīng)急救援系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生水下事故時(shí)，所述聲學(xué)釋放器3可遙控釋放配重底座8，這樣探測系統(tǒng)在浮力材料層9所提供的浮力的作用下上升到海面。

作為上述三個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，所述高光譜相機(jī)10包括高光譜相機(jī)主體和密封罐，所述密封罐上設(shè)有觀察窗口，所述高光譜相機(jī)主體設(shè)置在密封罐的內(nèi)腔中，所述高光譜相機(jī)主體的鏡頭朝向觀察窗口。所述密封罐采用了合金鋼材料而制成的。

作為上述三個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，所述觀察窗口采用鋼化硼硅酸鹽玻璃來實(shí)現(xiàn)。

作為上述三個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，所述鋼化硼硅酸鹽玻璃的內(nèi)壁設(shè)有氟化鎂增透膜。

作為上述三個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，還包括水密接插件，所述高光譜相機(jī)主體通過水密接插件與光電復(fù)合纜纜端接口連接。優(yōu)選地，所述水密接插件為SUBCON以太網(wǎng)水密接插件。

作為上述三個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，在進(jìn)行高光譜成像時(shí)，應(yīng)選取400nm～730nm波段進(jìn)行高光譜成像，且光譜分辨率為1nm，光譜通道數(shù)達(dá)到330個(gè)，因此，所述高光譜相機(jī)10采用光譜分辨率為0.1nm～3nm、光譜覆蓋范圍為400nm～1000nm、最大波段數(shù)為350個(gè)波段以上的高光譜相機(jī)來實(shí)現(xiàn)，便能很好地滿足要求，并留有部分波段冗余，以便于后期可根據(jù)需求對光譜覆蓋范圍或分辨率進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)選地，所述高光譜相機(jī)具體為荷蘭Quest-innovations Hyperea 660 C3高光譜相機(jī)。另外，利用高光譜相機(jī)10進(jìn)行成像時(shí)，可優(yōu)選采用推掃型成像方式，像元配準(zhǔn)好，不同波段任何時(shí)候均凝視同一像元，相機(jī)的二維圖像與高光譜信息一一對應(yīng)，這樣高光譜圖像便可實(shí)現(xiàn)完美的空間拼接。

以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。