[发明专利]一种水下探测分孔径双CCD实时偏振成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种水下探测分孔径双CCD实时偏振成像装置及方法，包括被探测目标、前置共孔径成像透镜组、无偏振分光棱镜、偏振元件组、后置分孔径成像透镜组、CCD探测器、LED光源和透明树脂密封舱。本发明采用CCD分孔径设计装置，完成分孔径与分振幅相结合的偏振成像系统，实现对圆偏振、线偏振原始图像及光强度图像的同时采集。本发明采用基于机器学习的多光学信息融合偏振成像方法，针对不同水深、水质的水下环境，在人工光源条件下基于图像的颜色、光强、偏振度等光学参数以及水体环境和探测距离进行建模，建立学习机制，获得具有较高对比度、清晰度的水下目标探测图像，提高水下偏振成像的适应性。

技术领域

本发明所涉及的是一种水下光学成像装置及方法，尤其是水下偏振成像的装置及方法。

背景技术

偏振成像技术是近十几年来发展起来的新型目标探测技术，应用偏振成像技术不仅可以表征一些自然目标物体的粗糙度、湿度、材料理化特性等信息，而且在水下目标探测时可以不同程度的减少进入探测器的后向散射光和目标反射光，大部分后向散射光被滤去而大部分目标反射光能够到达探测器，即目标反射光的入射比例得到提高，在探测器上形成的图像对比度得到提高，所以采用偏振成像技术能够在很大程度上提高图像的清晰度，进而增大探测距离和探测深度。因此，偏振成像技术在水下成像领域具有良好的发展和应用前景。

目前国内外水下偏振成像的研究可归纳为两大类，一是在激光主动成像的方法基础上引入偏振片，以抑制水体后向散射光；二是借鉴遥感偏振成像方法，以旋转偏振片的方式获取多角度偏振图像，进而求解偏振度、偏振角等偏振特征，以提高水下目标检测能力。

然而由于水介质本身及悬浮颗粒所造成的光谱、光强衰减及光线散射，导致水下图像色度畸变、细节模糊，并且这种影响并非稳定的，随着水质、成像水深及视距而发生动态变化，因此简单的移植或改进遥感偏振成像方法进行水下目标探测在实际应用中成像质量提高程度比较有限，同时采用旋转偏振片式的分时偏振成像方法不适用于水下浮动场合。因此，本发明提出一种分孔径双CCD实时水下偏振成像装置及方法，解决光谱、光强衰减以及光散射等造成的目标探测模糊、对比度低，以及分时偏振成像造成的图像抖动等问题。

发明内容

本发明提出一种分孔径双CCD实时水下偏振成像装置及方法，解决光谱、光强衰减以及光散射等造成的目标探测模糊、对比度低，以及分时偏振成像造成的图像抖动等问题。

本发明采用的技术方案是：一种水下探测分孔径双CCD实时偏振成像装置，包括被探测目标、前置共孔径成像透镜组、无偏振分光棱镜、偏振元件组、后置分孔径成像透镜组、CCD探测器、LED光源和透明树脂密封舱；

所述被探测目标经LED光源照明后，其反射光依次经过前置共孔径成像透镜组、无偏振分光棱镜、两组偏振元件组、两组后置分孔径成像透镜组，最终成像于两个CCD探测器上；

所述前置共孔径成像透镜组、无偏振分光棱镜、偏振元件组、后置分孔径成像透镜组及CCD探测器固定于透明树脂密封舱内；

所述两组偏振元件组中，一组为四通道偏振元件组，另一组则为双通道偏振元件组；四通道偏振元件组分别放置一个线偏振片，其偏振角分别设置为0°，45°，90°，45°和135°；双通道偏振元件组一路放置一个圆偏振片，另一路放置一片与偏振片厚度相同的无偏振平行平板，以减小各光路光学成像差异；两组后置分孔径成像透镜组分别与两组偏振元件组对应，且各通道透镜组光轴与前置共孔径透镜组光轴偏离距离e＝4.2mm，CCD探测器像元尺寸为8μm×8μm，保证像中心偏移量等于像高的一半。

作为优选，所述透明树脂密封舱以太网水密连接器接口，使微处理器与上位机利用网线进行通讯，实现图像视频的传输并接受上位机的控制。