【技术实现步骤摘要】
水下阵列相机成像方法
本专利技术属于光学
,具体涉及一种水下阵列相机成像方法。
技术介绍
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。本专利技术专利中,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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下:本专利技术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 ...
【技术保护点】
1.一种水下阵列相机成像方法,其特征在于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 ...
【技术特征摘要】
1.一种水下阵列相机成像方法,其特征在于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。
2.根据权利要求1所述的一种水下阵列相机成像方法,其特征在于所述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,当光子到达水-气边界时,光子的折射角由斯涅尔定律所决定:nisinθi=ntsinθt,其中θi和θt分别代表入射角和折射角,当偏振方向与反射面的夹角为σ时,其光强反射率为:此时,蒙特卡洛模拟程序会产生一个在(0,1)内均匀分布的随机数ε,当ε>R(θi),那么光子将会被折射,否则光子将被反射,海水的吸收和散射系数可分别定义为μa[cm-1]和μs[cm-1],光子的初始传输方向为sk,其在笛卡尔坐标上的分量为(sx,sy,sz)。光子传输起点为(xk,yk,zk)。相应的水平偏振与竖直偏振方向为(mk,nk)。在模拟中,将依据公式l=-In(ε)/(μs+μa),抽样光子的迁移自由程,在完成了自由程的传输后,光子到达新的位置(xk+l×sx,yk+l×sy,zk+l×sz),并被悬浮物所散射,依据Mie散射定理,散射前后的场强关系由公式所决定,其中θ和为偏转角和方位角,取值范围是(0,π),利用米散射定律抽样产生具体数值,经过...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵磊,
申请(专利权)人:杭州科洛码光电科技有限公司,
类型:发明
国别省市:浙江;33
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