水下单元目标散射光对成像质量影响的研究

论文摘要

近十几年来,由于陆地资源紧缺,特别是能源紧缺,人们十分重视海上石油和天然气的开发,对海洋资源的开发的海洋事业已进入新的阶段。由于资源开发活动主要集中在海底,因此近几年来国际上转向发展浑水中的观察技术,水下目标观察主要采用激光技术。研究水下激光成像,这已经成为海洋开发技术中的重要环节之一。光在水中传输时,由于水介质和水中微粒对光的吸收和散射,不但光能量损耗很多,而且产生了严重的散射光,降低了成像质量,因此在水中,尤其是在浑水中进行水下观察时,必须解决散射光的问题。目前国内外在解决水下观察问题时采用激光水下成像技术,为了消除散射光的背景噪声,以提高成像距离和成像质量,一般采用同步扫描和距离选通两种基本方法。目前在已有的水下激光成像技术中,主要是解决水中激光传输过程中的单程后向散射问题。在浑水中,影响水下成像分辨率的主要因素是散射光,因此需要克服激光水下成像所产生的多次散射和后向反射问题以提高成像距离和成像质量。我国近海沿岸水质比较浑浊,散射现象严重。本文在研究了激光在水下的传输特性的基础上,结合散射光的分布特性,分析了在激光水下成像技术中,散射效应对传输目标图像质量的影响,以便能够在今后对水下观测中接收到的图像进行图像处理。目前,对水下观测过程中所获得的受损图像的复原技术主要是通过寻求点扩展函数来对图像进行修复,然而这种方法存在很多不确定因素,对受损图像的复原效果并不理想。因此,本文设计了一套测量水下接收图像扩散角的实验,从中得到不同水质下激光水下成像所形成的扩散角,为今后进行水下图像处理提供参考数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 国内外水下视觉技术的发展及应用
• 1.1 国内外水下视觉技术的发展情况
• 1.2 国内外目前使用的水下图像系统
• 1.3 本章小结
• 2 光在水下的传播
• 2.1 光在水中的衰减
• 2.2 光的散射
• 2.2.1 水对光的散射
• 2.2.2 散射光的角分布
• 2.2.3 多次散射
• 2.3 激光在水中的传输特性
• 2.4 本章小结
• 3 水下目标图像探测方法
• 3.1 普通光源照明
• 3.2 克服后向散射的两种技术
• 3.2.1 同步扫描法
• 3.2.2 距离选通法
• 3.2.3 两种探测方法的比较
• 3.3 水下光电子器件
• 3.3.1 激光器简介
• 3.3.2 激光器的相关性能指标
• 3.3.3 水下激光成像系统准直器
• 3.4 本章小结
• 4 水下图像处理的主要方法
• 4.1 图像处理技术的简要介绍
• 4.2 水下图像处理技术的现状
• 4.2.1 图像复原
• 4.2.2 图像增强
• 4.3 本章小结
• 5 水下散射光对成像质量影响的理论分析
• 5.1 水对光的散射特性
• 5.2 散射效应对水下成像的影响
• 5.2.1 激光水下成像的光线组成
• 5.2.2 浑水中，散射效应对水下成像的分辨率和清晰度的影响
• 5.2.3 浑水中的后向散射噪声
• 5.2.4 有关单元目标信噪比的分析
• 5.3 基于MTF 的理论分析
• 5.4 本章小结
• 6 水池实验
• 6.1 理论依据以及实验目的
• 6.2 实验内容
• 6.2.1 水池实验环境及设备
• 6.2.2 实验方法及其内容
• 6.3 实验结果分析
• 6.3.1 透明度为1.60 米的情况
• 6.3.2 透明度为1.05 米的情况
• 6.3.3 实验结果总结
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 致谢