一种基于关联成像的水下目标成像装置，包括放置在密封壳体内的发射系统、接收系统和控制与计算系统；发射系统采用激光照射旋转毛玻璃产生贋热光；接收系统包括参考臂CCD散斑采集模块和物臂门控PMT桶探测模块，通过门控功能对后向散射进行有效滤除；对参考臂采集得到的散斑图像进行增强卷积运算，然后采用压缩感知算法将物臂采集得到的桶探测值与参考臂散斑进行重构计算，最后减去目标附近水体后向散射所引起的重构直流噪声。采用贋热光关联成像的方式对水下目标进行探测，具有更高的发射功率，最后在重构目标图像中进行散斑增强图像去噪，提高了成像的质量，更好的将贋热光强度关联成像应用于水下目标的探测。联成像应用于水下目标的探测。联成像应用于水下目标的探测。
【技术实现步骤摘要】
一种基于关联成像的水下目标成像装置
[0001]本专利技术涉及水下目标探测与成像
，具体涉及一种基于关联成像的水下目标成像装置。
技术介绍
[0002]海洋科技是海洋开发过程中的第一生产力，也是挖掘海洋经济的重要手段。水下目标的探测和跟踪由于是同时具有商业和军事上的重要价值而受到专业研究人员的重视。目前水下目标的探测技术主要由声纳技术所垄断，由于水是声波较佳的传播媒介，再加上声波在液体介质从中传播的衰减较小，这些优势使得声纳技术具有一定的技术地位。但是声纳技术也受限于海洋水声环境，海洋水声环境的复杂性会使得声波的传播发生畸变，特别是近海区域，由于水底反射，多路径反射等因素，使得回声信号复杂难以区分目标信号。
[0003]在此背景下，研究新型的水下成像技术以及目标探测，对于海洋资源的开发和利用就显得更为重要。水下光学成像具有分辨率高，受环境干扰相对较小等声学探测无法忽视的优点，已在水下目标识别、水下跟踪等多种领域广泛应用。目前的水下光学成像，例如ICCD成像虽然成像分辨率高，但是对目标的回波信号强度要求较高，由于水体的衰减作用较强，再加上水下散射光的干扰，成像距离大大缩短，严重影响ICCD成像性能。用于水下的点扫描激光雷达相对于ICCD成像装置，成像距离大大提高，但是由于基于点扫描的成像方式，成像分辨率不高，且不能对移动目标成像，只能做海底静态目标测绘使用。关联成像分成物臂和参考臂两路分别探测，其中物臂并不需要得到目标反射回波的空间分布，只需要得到由目标反射回来的光强涨落信号，即仅仅需要得到桶探测值的相对涨落信息，就可以通过计算得到目标的图像，因此在相同的系统出射功率情况下，关联成像相比ICCD成像具有更远的探测距离，相对于水下点扫描激光雷达具有更好的成像分辨率。激光强度关联成像技术采用主动调制光源照明，将发射光束分为照向目标的信号光以及不经过目标的参考光，将目标反射的回波与参考光进行重构运算即可得到目标图像。最早的关联成像方案使用了纠缠双光子作为光源，通过复合计数，能使物体重新显示在没有经过物体的参考光路上。其中利用关联成像探测水下目标(CN101620273A)的方法，利用晶体的非线性效应产生的纠缠光子对作为光源，进行物臂和参考臂的计算，这种光源体积大，不能做到高功率长时间运行，不利于真实场景应用。
[0004]近些年来，赝热光源的发展，使得关联成像技术可以进一步的应用于实际情况。基于计算鬼像的水下成像装置(CN106324615A)利用DMD对光场进行调制，DMD损伤阈值较低，输出功率低于100w/cm2，且DMD表面的会有衍射效应，不能提高发射功率从而限制了成像距离。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种水下关联成像装置以及抑制水下激光传输产生的后向散射的方法，采用蓝绿激光直射到旋转的毛玻璃上从而形成随机
涨落的散斑场，通过设计毛玻璃的粗糙度等参数使得散斑场的相位和光强分布满足赝热光源的要求。采用毛玻璃方案，激光输出的功率可达到4Gw/cm2，大大提高了输出功率，从而提高成像距离。采用具有门控功能的PMT桶探测器可以滤掉大量的后向散射光，以防止回波信号被噪声淹没，极大的提高了成像质量。
[0006]本专利技术的技术解决方案如下：
[0007]一种基于关联成像的水下目标成像装置，其特点在于，包括放置在密封壳体内的发射系统、接收系统和控制与计算系统；
[0008]所述发射系统包括激光光源、旋转毛玻璃、分束镜和发射镜组；所述接收系统包括接收镜组、CCD散斑采集模块、门控PMT桶探测模块；
[0009]所述激光光源照射旋转毛玻璃产生赝热光源，该贋热光源被分束镜分为两束，分别为物臂光束和参考臂光束，所述物臂光束通过发射镜组后照射水下目标，回波光通过接收镜组被门控PMT桶探测模块探测；所述参考臂光束被CCD散斑采集模块探测，记录光场的涨落；
[0010]所述控制与计算系统，包括：
[0011]散斑卷积增强预处理模块，用于接收所述CCD散斑采集模块探测的散斑，并进行卷积增强后，传输至目标图像重构模；
[0012]目标图像重构模块，用于接收卷积增强后的散斑，并与接收到的由所述门控PMT桶探测模块探测的物臂目标数据进行图像重构后，传输至去噪模块；
[0013]去噪模块，用于接收重构后的图像，并进行去噪处理。
[0014]所述参考臂散斑卷积增强预处理模块，将参考臂CCD散斑采集模块得到的第i张参考臂散斑与的增强卷积核h
r
(x,y)进行卷积得到新的增强参考臂散斑表示为：
[0015]所述目标图像重构模块，采用压缩感知凸优化算法中的TVAL3算法将参考臂散斑数据和物臂桶探测数据进行重构运算，即将最小全变分约束引入模型，采用增强拉格朗日法将带约束模型转换为不带约束的目标函数，交替方向法求解目标函数，最终获得目标图像的最佳逼近。
[0016]所述去噪模块，通过对目标图像重构模块得到的图像减去常数矩阵达到去除残余的水体后向散射重构噪声的目的。
[0017]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0018]本专利技术提供的水下贋热光关联成像仅仅需要得到桶探测值的相对涨落信息即可成像，采用旋转毛玻璃的调制方式，使得出射功率大大提高，相比基于DMD的关联成像具有更远的探测距离。采用门控PMT桶探测模块对目标的回波信号进行探测，能够滤除大部分后向散射噪声。本专利技术在目标图像计算过程中考虑到传播至目标表面的散斑退化和目标附近水体的后向散射噪声影响，采用适当的参考臂散斑增强进行可见度补偿和去噪算法获得了更好的图像重构质量。
附图说明
[0019]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、
目的和优点将会变得更明显：
[0020]图1为本专利技术基于关联成像的水下目标成像装置的示意图
[0021]图2为本专利技术实施例中控制与计算系统的流程图。
[0022]图中：
①
：532nm激光器
ꢀ②
：受电机控制的旋转毛玻璃
ꢀ③
：光线分束器
ꢀ④
：发射镜组
ꢀ⑤
：接收镜组
ꢀ⑥
：门控PMT桶探测模块
ꢀ⑦
：CCD散斑采集模块
ꢀ⑧
：控制与计算系统
ꢀ⑨
：密封壳体。
具体实施方式
[0023]下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。
[0024]请参阅图1，图1为本专利技术基于关联成像的水下目标成像装置的示意图，如图所示，一种基于关联成像的水下目标成像装置，包括放置在密封壳体内的发射系统、接收系统和控制与计算系统。本实施例中，发射系统包括532nm激光器、受电机控本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于关联成像的水下目标成像装置，其特征在于，包括放置在密封壳体内的发射系统、接收系统和控制与计算系统；所述发射系统包括激光光源、旋转毛玻璃、分束镜和发射镜组；所述接收系统包括接收镜组、CCD散斑采集模块、门控PMT桶探测模块；所述激光光源照射旋转毛玻璃产生赝热光源，该贋热光源被分束镜分为两束，分别为物臂光束和参考臂光束，所述物臂光束通过发射镜组后照射水下目标，回波光通过接收镜组被门控PMT桶探测模块探测；所述参考臂光束被CCD散斑采集模块探测，记录光场的涨落；所述控制与计算系统，包括：散斑卷积增强预处理模块，用于接收所述CCD散斑采集模块探测的散斑，并进行卷积增强后，传输至目标图像重构模；目标图像重构模块，用于接收卷积增强后的散斑，并与接收到的由所述门控PMT桶探测模块探测的物臂目标数据进行图像重构后，传输至去噪模块；去噪模块，用于接收重构后的图像，并进行去噪处理。2.根据权利要求1所述的基于关联成像的水下目标成像装置，其特征在于，所述卷积增强具体是将所述CCD散斑采集模块探测的第i张参考臂散斑与参考臂水下卷积核h
r
(x,y)进行卷积，获得卷积增强后新的参考臂散斑3.根据权利要求1所述的基于关联成像的水下目标成像装置，其特征在于，所述图像重构具体是采用压缩感知凸优化算法的TVA...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐金泉，陈明亮，薄遵望，邓陈进，韩申生，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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