水下光电成像技术

其它水下距离选通成像系统

国外其他较典型的水下距离选通成像系统还有：
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1）1997 年在美国海军支持下，SEO（Schwartz Electro-Optics, Inc.）研制的水 下激光距离选通成像系统 ULIS采用二极管泵浦 Nd:YLF 激光器（倍频输出 波长 532.5nm）和三代像增强器，激光器采用创新的稳频技术减小激光器 的线宽，接收器前配有小于 1nm 的窄带滤光片，有效降低到达接收器的 背景噪声。脉冲重频 5kHz，平均输出功率 1W，脉宽 10ns，光束发散角 2.2mrad。系统可实现三维测量，Z 轴分辨力为 10cm。对于 2.5×103 cm2 的水雷，当水衰减系数为 0.004cm－1时，最大探测距离 15m，当水的衰 减系数为 0.001cm－1时，最大探测距离 50m。
目前水下成像探测技术主要有声探测和光电探测两种途径。

国内外水下光电成像系统的发展

距离选通技术是利用脉冲激光器和选通摄像机，以脉冲发射和开 启成像时间的先后分开不同距离上的散射光和目标场景反射光， 使由被目标场景反射回来的辐射脉冲刚好在摄像机选通开启时间 内到达摄像机并成像。如果选通脉冲宽度和激光脉冲宽度都很窄， 使得只有目标附近的反射光才能到达摄像机并成像，传输路径上 的大部分后向散射光被隔离，从而可大大减小后向散射光的影响， 提高系统的探测和识别距离。
7. 北京理工大学水下距离选通相机 : “十五”期间北京理工大学与 北方夜视公司合作，研制成功适合水下激光成像系统用的高性能 ns 级选通型超二代微光 ICCD 器件，突破了距离选通成像小型程控 电源及其控制技术，成功进行了水下和陆上的选通成像实验。 2006 年获得国家 863 计划“海洋技术”领域“深海探测与作业技 术”专题“水下运载技术”方向“深海水下运载平台的激光距离 选通成像探测技术研究”（2006AA09Z207）的支持，开展水下脉 冲激光距离选通成像技术研究，采用 5ns 脉宽的距离选通 ICCD 成 像系统和 DPL Nd:YAG 大功率脉冲激光器，研制成水下距离选通成 像实验系统，进行了实际水下成像实验，连续实时上传的水下视 频图像具有较好的成像效果。
3）法国 IFREMER 距离选通激光成像系统采用二极管泵浦 Nd: YAG 激光器，波长 532nm，脉宽 10ns，输出功率 2mW，发散角 0.6mrad。接收器为选通型ICCD，选通控制 5ns～20ms，观察距离 0～70m。

后记

近年来国外在水下光电成像技术方面开展了许 多有益的工作，不 仅水下激光距离选通成像、LLS 和偏振成像等技术已成功用于ROV 或AUV平台及其它水下成像观测，而且这些技术途径不断得到发展， 提出了一些新的水下光电成像方法，且特别强调数字图像处理技 术在水下成像中的应用前景。国内目前已突破了水下激光距离选 通成像技术的核心部件和关键技术，在水下偏振成像技术、水下 飞点激光扫描成像技术、水下图像处理方法等方面也有所进展， 但由于在水下线激光扫描成像技术方面尚未取得技术突破，在一 些新概念水下光电成像技术方面的研究较少。
水下光电成像技术
引言

鉴于对深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业、考古和救援 的迫切需求，使得水下光电成像技术研究和装备研制成为当前国 内外重点研究方向之一。随着我国海洋、江河和地下水资源勘探、 开发和利用的日益深入，以及领海主权防卫的军事需求日趋迫切， 实现水下高分辨力环境勘测、目标探测与定位分析技术成为众多 领域水下装备作业迫切需要解决的问题。
4. 超短脉冲距离选通成像: 美国研究人员测试了一种门宽低至120ps 的选通成 像系统。激光器为 532nm Nd：YAG，脉冲 FWHW是 0.5ns。系统能获得 6.5AL 距离上的分辨力靶图像。 5. 水下激光雷达成像 : 南洋理工大学研制了一款距离选通成像系统。主动光 源采用 5ns 脉宽 532nm YAG 激光器，单脉冲能量 160mJ，接收器采用 ICCD。Andrzej Sluzek 等利用该系统进行选通图像的自适应融合，获得所有 成像路径上的目标图像，增大了距离选通系统的影深。 6. Aqua Lynx 水下距离选通相机 : 瑞典国防研究所，采用二极管泵浦 Nd:YAG 激光器，532nm 蓝绿光重频 0.2Hz，平均功率 1W，脉宽5ns；GenII/GenII ＋像增强器，选通门宽＜6ns，亮度增益最高 25000；系统由两个圆柱体 组成，尺寸均为15cm×50cm（直径×长度）；工作范围：3～100m；最 小可分辨距离30cm；图像分辨率 768×576pixels；功耗 80W，重 30kg。
典型的水下距离选通光电成像系统
1. 加拿大 ：目前典型的水下距离选通成像系统是加拿大DRDC Valcartier（国防研究所）的 LUCIE 系列产品，装载在 ROV 上可工 作在 200m 的海下，对港口和深海进行探测和监测。该产品至今已 发展了三代。
2. 美国：美国 SPARTA 公司研制了一款称为 See-Ray 的距离选通成像 系统，采用 532nm Nd：YAG 激光器主动照明，单脉冲能量＞ 100mJ；接收器采用 XYBION电子系统公司生产的 ICCD。该系统有 两个版本，一种是手持式以便潜水员使用，一种为远程式适合于 安装在 ROV 上。获取 5.6AL 距离上的分辨力靶标图像，能探测到 靶标的距离是 6.4AL。 3. 高精度 3-D 激光雷达:丹麦国防研究所的研究人员开发了一款高精 度距离选通相机，可在几秒钟内构造出 3-D 图像。该系统用于识别 水雷。

2）美国 Northrup Underwater Division 1997 年开发的 SM2000 水下 激光成像系统装在海军海豚潜艇腹部。SM2000 采用输出功率 1.5W、工作波长为 488nm和 514nm 的氩离子连续激光器，采用同 步扫描技术，最大工作深度 1500m；摄像距离 2.4～45m；俯视扫 描宽度 3～63m；扫描角范围 15°~70°。潜艇的前进速度为 0.5kn～6kn，能看清水下 30m 远直径为 0.15m的物体；输出 RS170/CCIR 标准视频。