[发明专利]水下阵列相机成像方法

说明书

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种水下阵列相机成像方法，使用激光作为主动照明光源，传播距离远，并且相干光的相位是可重构的，使用阵列相机，获取不同空间频谱下的光学图像，并结合电场型蒙特卡洛仿真与频谱拼接图像重构算法，分析海洋湍流与波浪反射对成像的影响，进而得到更清晰的光学图像。

技术领域

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种水下阵列相机成像方法。

背景技术

近年来，海洋资源探测与开发利用已经受到越来越大的关注。然而，由于海洋幅员辽阔，海水对电磁波信号的吸收，造成海洋资源探测的难度巨大。此外，海洋中的湍流以及海洋波浪，也对海洋资源探测造成了巨大的影响。当前的海洋探测，主要集中在水表区域，在水下区域的探测还相对较少。

本发明专利中，我们提出一种水下阵列相机成像方法，该方法在主动的激光光源照射下，利用阵列相机以及仿真算法，提取激光在照射成像物过程中，受到了水下湍流影响，以及光线在碰到海面波浪的不规则反射，重构出清晰的水下光学图像，该方法可应用到水下区域，在复杂的海洋环境下，获取海洋内部的光学图像。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种水下阵列相机成像方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的算法部分包括电场型蒙特卡洛仿真、海洋湍流模拟、波浪模拟以及频谱拼接图像重构算法，硬件部分包括激光器、阵列相机，由激光器发出主动照明的光源信号，经过水下湍流以及海面波浪反射后，照明成像物，成像物反射的激光光线，同样通过水下湍流以及海面波浪反射后，达到相机阵列，对于水下激光传输的电场型蒙特卡洛仿真，根据惠更斯-菲涅尔原理，激光的等相位面将离散为大量的次级球面子波源，子波源的密度与等相位面上的振幅分布对应，球面子波源将发射截面无限小的光电场，把截面无限小的光电场定义为“光子”，通过模拟大量的光子，可以模拟一个真实的球面子波源，通过对大量的球面子波源进行模拟，可以准确的模拟激光发射的光电场，激光的光电场在水下传输过程中，经过反射、吸收和散射，此外，水下湍流的存在会影响海水介质的相位，使用复数形式的高斯随机数值矩阵，利用湍流折射率功率谱对其进行滤波，再进行逆向傅里叶变换，得到湍流相位屏，将此湍流相位屏叠加到蒙特卡洛仿真的相位信息中，实现海洋湍流模拟，使用Pierson–Moskowitz谱模拟海洋波浪，激光器到达海洋波浪后，依据光学反射定律实现光学反射，当激光信号被阵列相机，再利用频谱拼接图像重构算法，重构成像物的图像。