一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，所述水下鬼成像系统包括可调光源、准直光学镜组、轴锥镜、第一会聚透镜、光调制装置、第二会聚透镜、光强探测器、计算机。本发明专利技术利用轴锥镜将初始射入的高斯光束转化为具有无衍射与自恢复特性的零阶贝塞尔光束，应用于水下鬼成像技术中，可减小衍射效应与介质散射的影响。相比于目前采用高斯光束的水下鬼成像方法，本发明专利技术结构简单、可灵活调节，同时仍可与现有的多种优化算法结合，有助于提升重构图像的信噪比和清晰度，实现高分辨率、远距离水下成像。水下成像。水下成像。

【技术实现步骤摘要】
一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统


[0001]本专利技术属于水下目标成像探测
，涉及一种水下鬼成像系统，具体涉及一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统。

技术介绍

[0002]水下成像技术是水下探测的一项重要技术，在水下目标识别、跟踪与海洋探测等领域有广泛应用。水体中大量散射介质的存在会造成图像模糊，而光在水体中的快速衰减会导致成像探测器曝光不足，提升光源照度将加强散射效应，导致无法同时兼顾成像质量与成像距离，同时由沉积物颗粒所引起的电子噪声也会影响成像质量。这些影响在浑浊水体中更为明显，使得传统光学成像系统难以观察到目标。
[0003]鬼成像技术使用无空间分辨能力的桶探测器采集光强信息，利用物体形态和光强波动之间的相关性进行成像，具有较高的噪声鲁棒性，应用于水下成像时可在低对比度甚至传统光学系统不可见的浑浊环境下工作。该技术目前存在的问题在于采用传统高斯光束进行照明时，光波在水体传播时会经历多重散射与衰减，导致成像质量较差、分辨率较低。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供了一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统。该系统结构紧凑，可灵活调节，结合贝塞尔光束无衍射性与自恢复性，可提升鬼成像技术成像质量，在国防安全、水下资源勘探、科研等领域具有较强的应用潜力。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，包括可调光源、准直光学镜组、轴锥镜、第一会聚透镜、光调制装置、第二会聚透镜、光强探测器、计算机，其中：
[0007]所述可调光源用于向准直透镜组发射高斯光束；
[0008]所述准直光学镜组用于对可调光源输出的高斯光束进行准直扩束，减小光束发散角；
[0009]所述轴锥镜用于将准直光学镜组准直后的高斯光束转化为零阶贝塞尔光束；
[0010]所述第一会聚透镜用于会聚经目标物反射的零阶贝塞尔光束到光调制装置的有效调制区域；
[0011]所述光调制装置用于通过散斑对目标物反射的零阶贝塞尔光束进行调制并对调制后的光束进行反射；
[0012]所述第二会聚透镜用于会聚经光调制装置调制后的光束；
[0013]所述光强探测器用于采集经第二会聚透镜会聚后的光束强度信息；
[0014]所述计算机的第一端与光调制装置连接，用于向光调制装置发送散斑，计算机的第二端与光强探测器连接，用于控制光强探测器采集光强度信息，并根据光强度信息重建目标物图像。
[0015]本专利技术中，所述可调光源设有功率调节模块，工作波长为532nm。
[0016]本专利技术中，所述准直光学镜组将可调光源输出的光斑扩束为直径10～30mm可调的圆光斑。
[0017]本专利技术中，所述光调制装置为数字微镜晶片DMD，投射散斑为正交傅里叶余弦序列。
[0018]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：
[0019]本专利技术利用轴锥镜将初始射入的高斯光束转化为具有无衍射与自恢复特性的零阶贝塞尔光束，应用于水下鬼成像技术中，可减小衍射效应与介质散射的影响。相比于目前采用高斯光束的水下鬼成像方法，本专利技术结构简单、可灵活调节，有助于提升重构图像的信噪比和清晰度，实现高分辨率、远距离水下成像。
附图说明
[0020]图1为基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统的组成示意图；
[0021]图2为轴锥镜产生的零阶贝塞尔光束光斑能量分布图；
[0022]图中，101
‑
可调光源，102
‑
准直光学组，103
‑
轴锥镜，104
‑
第一会聚透镜，105
‑
光调制装置，106
‑
第二会聚透镜，107
‑
光强探测器，108
‑
计算机。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0024]本专利技术提供了一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，如图1所示，所述水下鬼成像系统包括可调光源101、准直光学镜组102、轴锥镜103、第一会聚透镜104、光调制装置105、第二会聚透镜106、光强探测器107、计算机108，其中：
[0025]所述可调光源101用于向准直透镜组102发射功率可调的532nm高斯光束；
[0026]所述准直光学镜组102用于对可调光源101输出的高斯光束进行准直扩束，输出直径10～30mm可调的圆光斑；
[0027]所述轴锥镜103用于将准直光学镜组准直102后的高斯光束转化为零阶贝塞尔光束；
[0028]所述第一会聚透镜104用于会聚经目标物反射的零阶贝塞尔光束到光调制装置105的有效调制区域；
[0029]所述光调制装置105为数字微镜晶片DMD，用于投射正交傅里叶余弦散斑序列对零阶贝塞尔光束进行调制，并对调制后的光束进行反射；
[0030]所述第二会聚透镜106用于会聚经光调制装置105调制后的光束；
[0031]所述光强探测器107用于采集经第二会聚透镜106会聚后的光束强度信息；
[0032]所述计算机108的第一端与光调制装置105连接，用于向光调制装置105发送散斑，计算机108的第二端与光强探测器107连接，用于控制光强探测器107采集光强度信息，并根据光强度信息重建目标物图像。
[0033]本专利技术中，轴锥镜103将准直光学镜组102准直后的高斯光束转化成的零阶贝塞尔光束横截面强度可由下述公式得出，其光强模拟结果如图2所示。
[0034]I(r)＝J
02
(k(n
‑
1)rγ)
[0035]其中，I表示横截面光强γ表示轴锥镜底角，k表示波矢，n表示轴锥镜折射率，r为横截面坐标，J0为第一类零阶贝塞尔函数。
[0036]本专利技术中，按照如下方式进行水下鬼成像系统的安装：首先固定可调光源101，将准直光学镜组102与轴锥镜103沿光束传播方向安装在可调光源101正前方；接着固定光调制装置105，将第一会聚透镜安装在目标与光调制装置105中间，使经目标反射的光束经会聚后集中在光调制装置105的有效调制区域；然后调整第二会聚透镜106与光强探测器107的位置，使调制后的光束经会聚后进入光强探测器107感光区域中心。
[0037]上述安装方式的系统中各组件位置关系的设置，仅是本专利技术的一个示例，本领域技术人员还可以根据实际情况进行调整，在此不做限定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，其特征在于所述水下鬼成像系统包括可调光源、准直光学镜组、轴锥镜、第一会聚透镜、光调制装置、第二会聚透镜、光强探测器、计算机，其中：所述可调光源向准直透镜组发射高斯光束；所述准直光学镜组对可调光源输出的高斯光束进行准直扩束，减小光束发散角；所述轴锥镜将准直光学镜组准直后的高斯光束转化为零阶贝塞尔光束；所述第一会聚透镜会聚经目标物反射的零阶贝塞尔光束到光调制装置的有效调制区域；所述光调制装置通过散斑对目标物反射的零阶贝塞尔光束进行调制并对调制后的光束进行反射；所述第二会聚透镜会聚经光调制装置调制后的光束；所述光强探测器采集经第二会聚透镜会聚后的光束强度信息；所述计算机的第一端与光调制装置连接，向光调制装置发送散斑，计算机的第二端与光强探测器连接，控制光强探测器采集光强度信息，并根据光强度信息重建目标物图像。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，王旭，刘建龙，张建隆，杨振，刘学，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：