水下激光成像发展现状及主要参数的理论计算

激光测量仪器在水下测量中的应用与前景

激光测量仪器在水下测量中的应用与前景激光测量技术是一种精确、高效的测量方法，近年来在水下测量领域得到了广泛应用。

激光测量仪器通过发射激光束并接收其反射信号，测量目标物体的位置、形状、尺寸和表面状态等相关参数。

本文将分析激光测量仪器在水下测量中的应用与前景。

首先，激光测量仪器在水下测量中的应用已经涵盖了多个领域。

首先，水下地形的测量是激光测量技术的主要应用之一。

通过激光的高分辨率和精确测量能力，可以获取水下地形的三维模型，为海洋地质调查、沉船探测和海洋工程建设提供了重要数据。

其次，激光测量仪器在水下工程中的应用也十分广泛。

例如，在海底管道敷设、海洋资源开发和海底考古等项目中，激光测量技术可以用于测量目标物体的尺寸、位置和距离，提供精确的测量数据，以确保工程的安全和可靠性。

此外，激光测量仪器还可以用于水下机器人的导航和定位，实现自主探测和避障功能。

其次，激光测量仪器在水下测量中的应用具有较高的准确性和精度。

激光测量技术能够实现亚毫米级别的测量精度，在水下环境中具备出色的性能。

激光测量仪器利用激光束与测量目标物体发生反射与散射，通过接收激光的时间、角度和强度等信息，可以测量目标物体的距离、形状和位置。

由于光的传播速度很快，激光测量可以实时获取数据，提供实时监测和测量分析功能。

此外，激光测量仪器还具有非接触性和无损性测量的特点，不会对目标物体产生损伤，适用于各种复杂的水下环境。

再次，激光测量仪器在水下测量中的应用具有广阔的前景。

随着科技的进步和技术的不断升级，激光测量技术在水下测量领域的应用将进一步拓展。

首先，随着测量仪器的小型化和智能化，激光测量仪器将更加方便携带和操作，适用于各种水下环境的测量需求。

其次，激光测量仪器的测量精度和对复杂环境的适应能力将不断提高，可以满足更高精度测量的需求。

此外，随着激光测量技术的与其他技术的结合，例如激光雷达和相机等，将开辟出更广泛的应用领域，提供更多维度和信息的水下测量数据。

水下激光通信技术的发展现状及趋势

水下激光通信技术的发展现状及趋势引言水下激光通信技术是一项关键的技术，用于在水下环境中实现高速、稳定的通信传输。

随着人类对海洋资源的开发和利用越来越深入，对水下通信技术的需求也越来越迫切。

本文将全面、详细地探讨水下激光通信技术的发展现状及趋势。

现状分析1. 传统水下通信技术的局限性传统的水下通信技术，如声波通信和无线电通信，在水下环境中存在一些局限性。

声波通信的传输距离有限，而且受到海洋环境中的噪声干扰；无线电通信在水下的传输效果也受到海水的吸收和散射的限制。

2. 激光通信的优势水下激光通信技术以其高速、大带宽和抗干扰能力强的特点，成为了一种有前景的水下通信技术。

激光通信利用光的传输特性进行数据传输，在传输速率和稳定性上有着明显的优势。

3. 目前的水下激光通信技术应用案例目前，水下激光通信技术已经在一些特定场景下得到了应用。

例如，水下机器人的远程控制和海洋观测数据的传输等。

这些应用案例验证了水下激光通信技术的可行性和潜力。

4. 水下激光通信技术的挑战然而，水下激光通信技术在实际应用中仍然面临着一些挑战。

首先，水下环境对光的传输会造成衰减和散射，降低激光通信的传输距离和质量。

其次，水下环境中存在浑浊的水质、浮游生物和沉积物等，会对激光通信的信号传输造成干扰。

发展趋势分析1. 提高激光通信的传输距离为了克服水下激光通信技术的传输距离限制，研究人员正在寻找各种方法来提高光信号在水中的传输距离。

例如，利用波束成型技术控制光的传输方向，优化光的传输路径，以减少衰减和散射。

2. 解决水下环境干扰问题为了解决水下环境中的干扰问题，研究人员正在探索各种减少干扰的方法。

例如，利用自适应光学系统对激光通信信号进行优化，以适应不同水下环境的特点；开发高灵敏度的接收器来提取弱光信号。

3. 结合其他通信技术为了进一步提高水下通信的效率和可靠性，研究人员开始探索将水下激光通信技术与其他通信技术结合的方法。

例如，将水下激光通信与声波通信结合，利用声波通信的传输距离较远的特点与激光通信的高速传输特性相结合。

水下激光通信技术的特点及发展现状

214研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2018.02 (下)海洋面积占地球表面积的71%，海洋中蕴含着远未为人类所知的油气、矿产和生物基因等资源，而近年来，随着陆地资源的日益枯竭和人类未来发展空间需求的增长，各国更加重视海洋科学方面的研究工作，海洋探测、海底资源开发已成为海洋科学研究的热点。

未来谁能够拥有和控制更为广阔的海洋，谁就掌握了未来发展中更多的资源和生存空间，因此，进入深海、勘探深海和开发深海是实现中国伟大复兴梦的必由之路。

载人潜水器（HOV）、遥控潜水器（ROV）等水下移动式运载平台的普遍使用，将科学家及探测设备运抵至深海海底现场进行原位的探测取样研究，大大提高了水下探测的效率。

介于水下移动式运载平台为搭载设备及作业工具预留的电气接口有限，海底探测设备的探测数据不能实时反馈到运载平台当中，这就导致只能在海底探测设备回收至支撑船舶后才能进行数据处理。

水下激光通信设备为科学家提供了一种可以实时获取海底地质、水文、热液喷口硫化物等探测数据的作业模式，实现数据的原位分析判断，提供有针对性的采样依据，提高潜次作业效率。

1 水下激光通信技术的特点传统的水下声学通信受传播能量损失大、环境噪声影响大、受水体折射与发射的多径效应等方面的严重影响，使得声学通信质量差、通信效率低下。

而水下激光通信技术在近距离水下信息传输方面，表现克服了水声通信的诸多局限性，性能表现优越，使得水下激光通信技术的应用领域越来越广泛。

在海水中，采用波长范围在470～525nm 之间的蓝绿激光，可以最为有效的降低海水对光波的吸收，有效提高激光的传播效率。

激光投射到自容式水下传感器外置的光敏传感器，光敏传感器感受不同频率的激光，水下激光通信技术的特点及发展现状沈鹏，杨磊，陈云赛*（国家深海基地管理中心，山东即墨 266237）摘要：本文在深海勘探的背景基础上，简要阐述了水下激光通信技术的优缺点，在此基础上概述了近几年水下激光通信技术的国内外科研方向、发展情况。

激光水下成像技术及其进展

表１主要水下成像技术的工作原理比较
Ｔａｂ．Ｔｈｅｃ１ｏｍｐａｉｏｎｏｆｔｐｅａｉｇｐｒｎｉｅｏａｉｄｅｗａｅｍａｉｅｈｎｏｅｒｓｈｅｏｒｔｎｉｃｐｌｓｆｒｍｎｕｎｒｔｒｉｇｎｇｔｃｏｌｇｉｓ
维普资讯
第２卷第２６期２ＱＱ６年６月
光电子技术
ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ．６Ｎｏ２１２．
Ｊｎ０６ｕ．２０
激光水下成像技术及其进展
孔捷，张保民
（京理工大学电光学院，京，１０４南南２０９）
摘要：介绍了近年发展起来的三种主要的激光水下成像方法，即常规水下激光成像、高分辨率水下激光三维成像和偏振激光成像，析了它们各自的工作原理、点以及各自的发展状分特
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复杂海底环境下数码相机成像技术研究

复杂海底环境下数码相机成像技术研究I. 前言复杂海底环境下，数码相机成像技术的研究一直是海洋科学研究的难点之一。

海洋深处光线暗弱，水流湍急，波浪波动频繁，水下悬浮颗粒物质多等因素都制约着数码相机在海底环境下的成像质量，限制着海洋科学家们深入了解深海中生物、地质和海洋环境的能力。

本文将在此基础上，探究复杂海底环境下数码相机成像技术研究的现状、存在的问题以及未来的发展方向。

II. 现状及问题在海洋深处，水下光线暗弱，给数码相机在此环境下拍摄带来困难。

针对此问题，研究人员目前采用的方法主要为使用白光或者蓝光LED灯泡来提供照明光源，并搭配上红外辐射和激光形成多光源成像技术。

同时，为了保证成像质量，数码相机的设备要求更高，其硬件和软件性能也需要进行完善。

但由于海洋环境的特殊性，反射的可能性较大（如鱼类、水母、水藻等植物），而反射会导致成像出现虚影，影响成像质量。

此外，水体中存在的悬浮颗粒物质会散射光线，扰乱光路，也会降低成像的清晰度和对比度。

同时，深海环境的水流湍急，波浪波动频繁，都会影响数码相机的稳定性和成像效果。

III. 未来的发展方向1. 采用更强的照明光源技术一种解决复杂海底环境下数码相机成像问题的方法是采用更强的照明光源技术，如激光、光纤等技术。

这些光源在海水中传播时，能够减轻波浪对成像的干扰，也不会产生反射现象，提供更为清晰的成像质量。

2. 采用机器学习算法在当前的数码相机中，使用了一些机器学习算法和模型，帮助相机识别出不同光环境下的图像，以便更好的调整曝光、对比度、饱和度等参数，提高成像效果。

未来可以进一步研究深度学习模型，以根据不同的海洋环境与成像条件，提供适宜的成像参数和优化识别算法。

3. 提高数码相机的性能随着科学技术的进步，相机的灵敏度和分辨率也已有了较大的提升，未来可以利用新技术进一步提高相机的性能，如增强像素数量，提高灵敏度和动态范围，以提供更高质量的成像数据。

IV. 结论综上所述，复杂海底环境下数码相机成像技术是一个重要的研究方向，随着技术的进步和不断的摸索，相信在未来我们一定能够采用更为先进的技术、提高相机的性能与成像效果，为海洋科学研究提供更为清晰的图像数据。

水下探测技术的应用现状与前景研究

水下探测技术的应用现状与前景研究在人类对未知世界的探索征程中，水下领域一直充满着神秘和挑战。

水下探测技术作为打开这一神秘领域大门的关键钥匙，其重要性日益凸显。

从深海资源的开发到水下考古的推进，从海洋生态的监测到军事领域的应用，水下探测技术正以惊人的速度发展，并展现出广阔的应用前景。

一、水下探测技术的应用现状（一）海洋科学研究海洋占据了地球表面的大部分面积，蕴藏着丰富的资源和未知的奥秘。

水下探测技术为海洋科学研究提供了强有力的支持。

例如，通过使用声学探测设备，如多波束测深仪和侧扫声呐，科学家能够绘制出海底地形地貌图，了解海床的结构和特征。

此外，温盐深仪（CTD）可以测量海水的温度、盐度和深度，为研究海洋环流和水团运动提供基础数据。

海洋生物学家则利用水下摄像和声学监测系统来观察海洋生物的行为和分布，研究生物多样性和生态系统的动态变化。

（二）资源勘探与开发水下探测技术在石油、天然气和矿产资源的勘探与开发中发挥着关键作用。

地震勘探技术可以帮助确定海底地层中的油气储层位置和规模。

随着技术的不断进步，高精度的三维地震勘探能够提供更详细的地质结构信息，提高勘探的准确性和成功率。

在矿产资源方面，磁力探测和电磁探测技术有助于发现海底的金属矿床，为深海采矿提供前期的地质依据。

（三）水下考古水下考古是一门新兴的交叉学科，水下探测技术为其提供了重要的手段。

考古学家使用声呐、磁力仪和水下机器人等设备，对水下遗址进行定位、测量和勘查。

例如，在对古代沉船的研究中，通过声呐成像可以清晰地看到沉船的轮廓和分布情况，水下机器人则能够近距离拍摄和采集文物样本，为了解古代航海、贸易和文化交流提供珍贵的实物资料。

（四）军事领域在军事方面，水下探测技术对于潜艇的作战、反潜作战以及水雷战等具有重要意义。

声呐系统是潜艇和水面舰艇探测敌方潜艇和水下目标的主要手段。

主动声呐通过发射声波并接收回波来探测目标，而被动声呐则依靠接收目标自身发出的噪声来进行监测。

水下激光距离选通成像理论及技术研究

TTHG 相函数
pTTGH ( ) pOTHG ( , g1 ) (1 ) pOTHG ( , g2 )
θ为散射角，0 ≤ g1 , g2≤ 1， 0 ≤ α ≤ 1为常数
v 1 1 v 1 πv 1 2 p FF 2 4 16π(1 ) v 3 cos 1 v 4π 1 2 1 v v 1 π π u
偏振区分技术
当自然光或主动光照明时，利用水体散射光与目标反射光间的偏振信息差异来滤除传输路径上的水体后向散射光；不仅能提高成像对比度，还能修正场景颜色。复原图像的可视距离比原图像提高近一倍。
多视角图像重构技术
采用多个主动成像系统，使照明与成像系统分离开来，以尽量减小照明与成像视场的重叠区域，可进一步提升系统作用距离。
粒径分布已知的4 种单组分多分散系的米氏理论相函数
C1 C2 C3 C4
6 5
1000
pMie / sr-1
Turbid seawater
Volume (%)
p(θ) / sr-1
4 3 2 1
10
10 0.1
C1 C2 C3 C4
0.1
0.001
0.1 1 10 100 Scattering angle θ / º
2013-7-12
一、国内外研究现状
国外典型距离选通成像系统性能指标
技术指标激光器
瑞典 Aqua Lynx
YAG
加拿大
LUCIE YLF LUCIE2 YVO4
美国
See-Ray YAG 超短门宽系统 YAG
丹麦 3-D激光雷达 YAG

水下成像技术的技术原理和发展动态

水下成像技术的技术原理和发展动态下成像技术在水下目标发现、海面材料探测及海洋地理工程中具有广泛而重要的应用价值，正受到各国研究者的日益重视。

与我们平常所见空气中成像技术不同，水介质的特性是强散射效应和快速吸收功率衰减，因此直接将摄像机运用到水中，由于强散射效应，图像的噪声很大，且距离有限。

激光器的运用从某种程度解决了成像的距离问题，在过去的几年中，成像距离和图像质量得到了很大程度的提高，这些进步都是因为采用了非传统成像技术和激光技术。

本文对主要的几种水下成像技术进行了分析，讨论了它们各自的技术原理和发展动态。

由上所述，与大气成像技术相比，水下成像技术的重点是要减小水这一特定介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对成像质量的限制，目前已经有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果。

⒈常规水下成像技术常规水下成像技术包括激光扫描水下成像和距离选通激光水下成像。

其中激光扫描水下成像是利用水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。

在这种系统中，探测器与激光束分开放置，激光发射器使用的是窄光束的连续激光器，同时使用窄视场角的接收器，两个视场间只有很小的重叠部分，从而减小探测器所接收到的散射光。

利用同步扫描技术，逐个像素点探测来重建图像。

因此这种技术主要依靠高灵敏度探测器在窄小的视场内跟踪和接收目标信息，从而大大减小了后向散射光对成像的影响，进而提高了系统信噪比和作用距离。

距离选通成像系统采用一个脉冲激光器，具有选通功能的像增强型CCD成像期间，通过对接收器口径进行选通来减小从目标返回到探测器的激光后向散射。

在该系统中，非常短的激光脉冲照射物体，照相机快门打开的时间相对于照射物体的激光发射时间有一定的延迟，并且快门打开的时间很短，在这段时间内，探测器接收从物体返回的光束，从而排除了大部分的后向散射光。

由于从物体返回来的第一个光子经受的散射最小，所以选通接收最先返回的光子束可以获得最好的成像效果。

海洋光学

水下激光探测技术
激光在水中传输与在空气中传输特性有很大不同 , 这给利用激光进行水下目标探测带来了困难 ,主要表现在以下两点: 1) 海水对光束的后向散射影响激光测距精度和成像效果; 2) 海水对光波的强衰减性制约了目标探测距离。近年来 ,国内外对海水后向散射和衰减特性进行了
大量的研究 ,使水下激光探测技术不断有新的突破 ,
水下激光探测技术
水下激光探测技术
水下探测系统实例

美国卡曼公司 1991年海湾战争期间,为了尽快地排除伊拉克在科威特和海湾北部水域布设的大量水雷, 美国海军将该公司研制的 ‚魔灯- 30” (Magic Lantern 30) 装在H22F “直升机‛ 上在海湾执行探雷任务。‚魔灯-30” 系统在海湾仅投入探雷4天, 就发现了数量相当于其它水声探雷系统前7个月内所探测到的总数的12%的水雷, 探测深度达30m。海湾战争中,“魔灯- 30” 激光探雷系统的出色成绩, 证明了激光探雷的可行性和有效性。
以氩、氪为代表的离子气体激光器激光器直接输出蓝绿光铜蒸汽为代表的金属蒸气激光器染料激光器
溴化汞( HgBr)激光器
铜蒸气激光器高能量染料激光器
蓝绿激光器的产生
非线性方法变换到蓝绿光
二次倍频
调 Q Nd ∶YA G 激光器
拉曼频移
氯化氙(XeCl )准分子拉曼频移激光器
水下激光探测技术

水下激光探测技术
美海军‘海鹰’直升机装备机载激光水雷探测系统,
能够探测和定位水面及近水面停泊的地雷。与机载激光探雷系统配合使用的是一座30mm机炮，用于灭雷
水下激光探测技术
国内发展

我国从 20 世纪 80 年代末期开展机载激光雷达的研制,以华中科技大学为主 ,研制成功机载激光雷达海洋探测系统。 1996 年 5 月在我国南海进行了海上机载试验 ,成功地获取

水下激光成像系统探测距离的计算与仿真

水下激光成像系统探测距离的计算与仿真王磊;徐智勇;张启衡;王华闯;于学刚;杨建军【摘要】为了估计水下激光成像系统的工作距离,根据水下激光成像系统的成像过程,通过分析目标的辐射特性,水体的衰减特性等各因素,建立了水下激光成像系统的信噪比模型.根据识别目标所需要的信噪比阈值、脉冲激光器等器件的性能指标,推导出水下激光成像系统的工作距离公式,并且完成了系统成像距离的计算与仿真.采用532 nm的Nd∶YAG固体激光器、自组ICCD相机以及基于FPGA技术设计的同步控制电路板,进行了距离选通水下激光成像实验.实验结果表明:理论模型计算的信噪比与实际图像的信噪比平均误差为1.37 dB,证实了该模型的合理性.%In order to estimate the detection range of underwater laser imaging system, according to the imaging mechanism, the analysis of target radiation is reported, along with the analysis of seawater attenuation and other factors, and then the Signal-to-noise Ratio(SNR) model of the underwater laser imaging system is established. According to the threshold of SNR for recognizing the target, along with the performance of laser and other devices, formulation of detection range is obtained. Then computation and simulation of detection range is implemented. By adopting a 532nmNd:YAG laser, self-made ICCD camera and a range-gated sync control board based on FPGA technology, the underwater laser imaging experiment is done. The experimental results, which indicate that the average error of SNR between theoretical model and real image is 1.37dB, show the rationality of the SNR model.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2012(039)005【总页数】6页(P39-44)【关键词】成像系统;激光器;距离选通;信噪比【作者】王磊;徐智勇;张启衡;王华闯;于学刚;杨建军【作者单位】中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国人民解放军93617部队,北京101400【正文语种】中文【中图分类】TN247;TN2090 引言1963年S.Q.Duntley及Gilbert G D等人发现海水中存在一个“蓝绿”透明窗口[1]，为激光水下探测奠定了理论基础。

水下激光通信技术的发展现状及趋势

水下激光通信技术的发展现状及趋势一、概述水下激光通信技术是一种利用激光光束进行水下通信的技术。

相较于传统的水声通信和电磁波通信，水下激光通信具有更高的传输速率和更低的延迟，因此在海洋勘探、海底管道布设、海底机器人等领域有着广泛的应用前景。

二、发展现状1. 技术成熟度不高由于水下环境复杂，如海水中存在浮游生物、沉积物等，这些都会对激光光束产生干扰。

因此，目前水下激光通信技术尚未达到成熟阶段，还需要进一步完善。

2. 传输距离受限由于水下环境的限制，目前实际应用中水下激光通信的传输距离较短。

但是随着技术的进步和改进，相信这个问题也会得到解决。

3. 应用范围逐渐扩大尽管目前水下激光通信技术尚未达到成熟阶段，但是在海洋勘探、海底管道布设、海底机器人等领域已经有了广泛的应用。

同时，随着技术的不断进步，相信其应用范围也会逐渐扩大。

三、技术原理水下激光通信技术是利用激光光束进行水下通信的一种技术。

其基本原理是利用激光器发射出的激光光束进行信息传输。

在传输过程中，需要将信息转换成数字信号，并通过调制方式将数字信号转换成模拟信号。

然后将模拟信号通过激光器发射出去，在接收端通过接收器将接收到的模拟信号转换成数字信号，再进行解调和解码等处理，最终得到原始信息。

四、关键技术1. 水下激光器水下激光通信技术的核心部件是水下激光器。

目前，市场上已经有了一些商业化的水下激光器产品，但是这些产品还存在着一些问题，如功率不足、稳定性差等问题。

因此，未来需要进一步研究和改进水下激光器的设计和制造工艺。

2. 全息成像技术全息成像技术是一种将三维物体信息记录在二维平面上的技术。

在水下激光通信中，可以利用全息成像技术进行信息传输，从而提高传输速率和传输距离。

3. 自适应光学系统自适应光学系统是一种能够自动调节光束形状和相位的系统。

在水下激光通信中，可以利用自适应光学系统来消除水下环境对激光光束的干扰，从而提高通信质量。

五、发展趋势1. 技术不断改进随着技术的不断改进和完善，相信水下激光通信技术将会越来越成熟，并且应用范围也会逐渐扩大。

水下光学探测发展综述

一、水下探测技术发展现状光在水中传播，接收器接收的光信息主要由3 部分组成：从目标反射回来并经水介质光在水中传播，接收器接收的光信息主要由3 部分组成：从目标反射回来并经水介质吸收、散射损耗后的成像光束；光源与目标之间水介质散射的影响图像对比度的后向散射光；目标与接收器之间水介质散射较小角度并直接影响目标细节分辨率的前向散射光。

与大气成像技术相比，水下成像技术的研究重点就是减小水介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对水下通信、成像、目标探测所造成的影响。

目前主要有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果，它们的工作原理和技术特点如下所述。

1 同步扫描成像同步扫描技术是扫描光束(连续激光)和接收视线的同步，利用的是水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。

该技术采用准直光束点扫描和基于光电倍增管的高灵敏度探测器的窄视域跟踪接收。

如图1，激光扫描装置器使用窄光束的连续激光器, 同时使用窄视场角的接收器, 探测器与激光扫描装置分开放置，这样使得被照明水体和接收器视场的交迭区域尽量减少, 从而让后向散射光尽量少地进入接收器中,再利用同步扫描技术, 逐个像素点探测来重建图像，有效地提高成像的信噪比和作用距离。

美国Westinghouse 公司为美国海军生产的一种机械同步扫描SM2000 型水下激光成像系统, 其成像距离是普通水下摄像机的3 ～5 倍，有效视场可达70°，在30m 作用距离上可分辨25mm量级的图像。

该系统的有效视场大约为距离选通技术的5 倍, 成像质量(即分辨率)也比距离选通好。

图1：2、距离选通技术距离选通技术是利用脉冲激光器和选通摄像机，以时间的先后分开不同距离上的散射光和目标的反射光，使由被观察目标反射回来的辐射脉冲刚好在摄像机选通工作的时间内到达摄像机并成像。

如图2，采用脉冲激光源照明目标，接收端使用距离选通门，在照射的短脉宽激光的光从目标返回前，相机快门一直关闭，信号光抵达时，快门才打开，这样使得接收器几乎同时接收到整个视场内所有景物的反射光。

水下成像技术

水下激光成像技术5 水下激光成像技术本文主要介绍了近年发展起来的三种主要的激光水下成像方法，即常规水下激光成像、高分辨率水下激光三维成像和偏振激光成像，分析了它们各自的工作原理、特点以及各自的发展状况。

水下成像技术在水下目标发现、海面材料探测及海洋地理工程中具有广泛而重要的应用价值，正受到各国研究者的日益重视。

与我们平常所见空气中成像技术不同，水介质的特性是强散射效应和快速吸收功率衰减，因此直接将摄像机运用到水中，由于强散射效应，图像的噪声很大，且距离有限。

激光器的运用从某种程度解决了成像的距离问题，在过去的几年中，成像距离和图像质量得到了很大程度的提高，这些进步都是因为采用了非传统成像技术和激光技术。

本文对主要的几种水下成像技术进行了分析，讨论了它们各自的技术原理和发展动态。

5.1工作原理由上所述，与大气成像技术相比，水下成像技术的重点是要减小水这一特定介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对成像质量的限制。

目前已经有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果，它们的工作原理和技术特点见表1。

表1 主要水下成像技术的工作原理比较5.1.1常规激光水下成像技术常规水下成像技术包括激光扫描水下成像和距离选通激光水下成像。

其中激光扫描水下成像是利用水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。

该技术采用准直光束点扫描和基于光电倍增管的高灵敏度探测器的窄视域跟踪接收。

如图1，在这种系统中，探测器与激光束分开放置，激光发射器使用的是窄光束的连续激光器，同时使用窄视场角的接收器，两个视场间只有很小的重叠部分，从而减小探测器所接收到的散射光。

利用同步扫描技术，逐个像素点探测来重建图像。

因此这种技术主要依靠高灵敏度探测器在窄小的视场内跟踪和接收目标信息，从而大大减小了后向散射光对成像的影响，进而提高了系统信噪比和作用距离。

距离选通成像系统采用一个脉冲激光器，具有选通功能的像增强型CCD成像期间，通过对接收器口径进行选通来减小从目标返回到探测器的激光后向散射。

激光技术在水下观测中的应用

激光技术在水下观测中的应用水是地球上最为广阔的资源之一，其覆盖面积超过了地球表面的三分之二。

水下世界生物种类繁多，其中有许多令人惊叹的景观，但由于水的不透明性和高压等限制，对水下环境的观测一直是个难题。

随着科技的发展，激光技术已经开始在水下观测中得到了广泛的应用。

一、激光探测技术激光探测技术是通过发射一束高能光线，然后检测这束光线被反射回来的时间和强度来确定水下物体的位置和形状的一种技术。

这种技术已经被广泛应用于海洋科学领域，包括深海探测、海洋生物学、海底地形图制作以及沉船考古等领域。

二、激光测距技术激光测距技术是将高能激光束发射到水下物体上，并测量这束激光束被反射时需要的时间。

基于声速和时间之间的关系，可以精确计算出水下物体的距离。

这种技术在海洋科学中广泛应用，特别是在海底地理图制作和深海物探中。

三、激光显微技术激光显微技术是将高能激光束聚焦到物体表面，使其形成高温区域，从而将其产生的光分析来获得关于物体的信息。

这种技术特别适用于海洋生物学领域，可以帮助科学家观测和分析海洋生物的生理特征和行为。

比如可以通过激光显微技术对浮游植物进行研究。

四、激光成像技术激光成像技术可以通过发射一束低能激光束来获取水下物体的形状和外貌。

这种技术在海洋环境监测和深海探测中得到了广泛应用。

例如，可以利用激光成像技术来观测海底沉积物的分布和海底岩石的形态。

五、激光通信技术激光通信技术是利用激光将数据传输到水下目的地。

相比传统海底电缆，激光通信技术具有更快的传输速度和更广泛的适用范围。

此外，激光通信技术对海洋生态环境的影响也较小，因此在海洋环境监测和海底资源勘探等方面具有巨大的应用前景。

六、总结随着激光技术的迅速发展，越来越多的科学家开始将其应用于海洋科学领域，使得水下观测变得更加精确和高效。

激光技术将极大地推动海洋科学领域的发展，并提高我们对水下环境的认识，也为海洋环境监测和海底资源开发提供了更多的可能。

水下物体的激光偏振成像研究

水下物体的激光偏振成像研究
刘文清;曹念文;赵刚;王峰平
【期刊名称】《量子电子学报》
【年(卷),期】1997(14)6
【摘要】采用波长532nm的激光器作光源，面阵CCD作探测器，利用水中粒子和物体散射光解偏振度的差异，本文研究了水下物体的激光偏振成像。

结果表明，采用偏振技术可使水下成像距离扩展至15倍左右。

本文还讨论了不同衰减长度和偏振器的不同偏振角度与图像对比度的关系。

【总页数】7页(P520-526)
【关键词】偏振技术;CCD;光散射;水下物体;激光偏振成像
【作者】刘文清;曹念文;赵刚;王峰平
【作者单位】中国科学院安徽光学精密机械研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN249;TB566
【相关文献】
1.基于Stokes矢量的实时偏振差分水下成像研究∗ [J], 管今哥;朱京平;田恒;侯洵
2.水下目标物偏振成像特性研究 [J], 鲍富成;段锦;董锁芹;马莉莉;于婷;战俊彤
3.水下目标偏振光学成像实验研究 [J], 郭银景;吴琪;苑娇娇;侯佳辰;刘琦;马新瑞;吕文红
4.基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术研究 [J], 刘飞;孙少杰;韩平丽;
赵琳;邵晓鹏
5.水下物体激光圆偏振成象实验及与线偏振成象的比较 [J], 曹念文;刘文清;张玉均;王峰平;许克军
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水下光学探测发展综述

一、水下探测技术发展现状光在水中传播，接收器接收的光信息主要由3 部分组成：从目标反射回来并经水介质光在水中传播，接收器接收的光信息主要由3 部分组成：从目标反射回来并经水介质吸收、散射损耗后的成像光束；光源与目标之间水介质散射的影响图像对比度的后向散射光；目标与接收器之间水介质散射较小角度并直接影响目标细节分辨率的前向散射光。

与大气成像技术相比，水下成像技术的研究重点就是减小水介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对水下通信、成像、目标探测所造成的影响。

目前主要有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果，它们的工作原理和技术特点如下所述。

1 同步扫描成像同步扫描技术是扫描光束(连续激光)和接收视线的同步，利用的是水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。

该技术采用准直光束点扫描和基于光电倍增管的高灵敏度探测器的窄视域跟踪接收。

如图1，激光扫描装置器使用窄光束的连续激光器, 同时使用窄视场角的接收器, 探测器与激光扫描装置分开放置，这样使得被照明水体和接收器视场的交迭区域尽量减少, 从而让后向散射光尽量少地进入接收器中,再利用同步扫描技术, 逐个像素点探测来重建图像，有效地提高成像的信噪比和作用距离。

美国Westinghouse 公司为美国海军生产的一种机械同步扫描SM2000 型水下激光成像系统, 其成像距离是普通水下摄像机的3 ～5 倍，有效视场可达70°，在30m 作用距离上可分辨25mm量级的图像。

该系统的有效视场大约为距离选通技术的5 倍, 成像质量(即分辨率)也比距离选通好。

图1：2、距离选通技术距离选通技术是利用脉冲激光器和选通摄像机，以时间的先后分开不同距离上的散射光和目标的反射光，使由被观察目标反射回来的辐射脉冲刚好在摄像机选通工作的时间内到达摄像机并成像。

如图2，采用脉冲激光源照明目标，接收端使用距离选通门，在照射的短脉宽激光的光从目标返回前，相机快门一直关闭，信号光抵达时，快门才打开，这样使得接收器几乎同时接收到整个视场内所有景物的反射光。

水下激光照明成像技术原理

水下激光照明成像技术原理
水下激光照明成像技术是近年来在水下探测和研究领域中的一项关键技术。

它通过利用高能量的激光灯将水下区域照亮，然后利用相机或其他成像设备捕捉照亮的区域的图像，从而获取关于水下环境的详细信息。

该技术已被广泛应用于海洋研究、油气勘探、海洋资源开发、水下考古和水下救援等领域中。

水下激光照明成像技术的原理主要基于光在水中传播的物理特性。

由于水分子的密度高，光线在水中传播时会发生散射、吸收等阻碍，导致能量损失和图像模糊。

因此，传统的水下成像技术往往受到限制。

而水下激光照明成像技术则利用了激光束在水中传播时的一些独特特性，从而克服了这些限制。

首先，激光在水中传播时会产生高度定向的光束，能量损失很小，因此能够达到更远的距离，提供更清晰的图像。

同时，激光照明还能够产生反射和散射光，这使得它能够在水中突破一些遮挡物的限制，提高水下成像的准确度。

此外，激光在水中传播还会产生荧光效应，这使得采集到的图像能够呈现出更多的细节和信息。

水下激光照明成像技术的应用非常广泛，不仅能够帮助科学家研究海底的生态环境和地质结构，还可以用于寻找漏油点、查找海底遗址、
监控水下管道和设施等。

而且，随着激光技术和成像技术的不断发展，水下激光照明成像技术的应用将更加广泛，也将为人类更好地了解和
利用水下世界提供更多的帮助。

水下激光通信技术的特点及发展现状

水下激光通信技术的特点及发展现状一、引言水下激光通信技术是一种新型的通信方式，它利用激光器将数字信息转化为激光脉冲，通过水下传输介质进行传输。

相较于传统的水声通信和电磁波通信，水下激光通信具有更高的数据传输速率和更低的误码率。

随着人类对海洋资源的不断开发和利用，水下激光通信技术也得到了越来越广泛的应用。

二、技术特点1.高速传输水下激光通信技术采用光学信号进行传输，具有极高的数据传输速率。

在实验室条件下，已经实现了每秒钟10Gbps的数据传输速率。

这种高速传输能力可以满足海洋科学研究、海洋资源勘探等领域对大容量数据传输的需求。

2.低误码率由于水下激光通信采用了高频率的电磁波作为载体，与水声通信相比具有更低的误码率。

这种优势使得水下激光通信在海底地震监测、深海探测等领域得到了广泛应用。

3.短距离传输水下激光通信技术的传输距离相对较短，一般在几十米到几千米之间。

这种短距离传输特点使得水下激光通信技术主要应用于海洋科学研究、海底地形勘探等领域。

4.受环境影响小水下激光通信技术的传输介质是水，相对于电磁波和声波，水的折射率变化较小，因此水下激光通信技术受环境影响较小。

这种特点使得水下激光通信技术在海洋环境复杂、气象条件恶劣的情况下仍能保持高效稳定的数据传输。

三、发展现状1.国内外发展情况目前，美国、日本、韩国等国家已经开展了大量关于水下激光通信技术的研究工作，并取得了一定的成果。

在我国，也有多所高校和科研机构开展了与水下激光通信相关的科学研究工作。

2.应用领域水下激光通信技术的应用领域非常广泛，主要包括海洋科学研究、海底地形勘探、深海探测、水下机器人控制、海洋资源勘探等方面。

其中，海底地形勘探是水下激光通信技术的主要应用领域之一。

通过搭载激光通信设备的无人潜水器，在海底进行三维地形扫描和数据采集，可以为海洋资源开发提供重要的科学依据。

3.未来发展趋势随着人类对深海资源的需求不断增加，水下激光通信技术将会得到更广泛的应用。

水下激光修复研究现状与发展趋势

水下激光修复研究现状与发展趋势
薛龙;毛雪松;黄继强;张瑞英;王瑃
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2024(45)4
【摘要】海洋装备的维修养护与事故抢修技术既是人类进行远洋探索与资源开发的重要保障,又是核电站、水利工程等重要基础设施在役运维的有力技术支撑,而水下激光修复正是这一领域中极具前景的解决方案之一.激光修复技术作为陆地上常规环境中的优势技术,近年来也在水下环境中有了长足的发展,已在海洋油气资源的开采与运输、船舶应急维修、船坞港口装备、水利工程、核动力工程等领域得到了广泛的关注与研究.为了进一步总结并分析水下激光修复技术所面对的问题与现有解决方案,从水下激光修复技术的研究现状入手,综述了水下湿法、高压干法和局部干法激光修复技术的工艺问题及其产生机理,并分析对比了多种对应主流解决方案的改善效果与研究进展,最后对水下激光修复技术的发展趋势进行了总结与展望.【总页数】10页(P120-128)
【作者】薛龙;毛雪松;黄继强;张瑞英;王瑃
【作者单位】北京石油化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG456.5;TG456.7
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1.基于激光焊接技术的水下焊缝修复系统研究
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