【技术实现步骤摘要】
水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统。水下目标的激光探测、扫描成像，海底目标或障碍物的探测及成像。
技术介绍
1、水下目标的探测及成像是水下光学和海洋光学学科的重要研究方向，是人类认识海洋、开发利用海洋和保护海洋的重要手段和工具。在水下作业、航行或水下探测时，需要对水下环境或目标物进行观测，以确定作业方案，航行方向等，如观测不准确可能造成作业事故、人员和设备设施的损坏，导致人员及经济的重大损失。
2、水下传统的探测技术是声纳测量。声纳是利用声信号在水中传递时，遇到目标被反射，反射回的声波被接收换能器接收，转变为电信号，经对电信号处理得出测量结果。声纳的优点是声波在水中传送距离较远。缺点是因为声波的波长较长，所以对目标特性的探测分辨率很低，无法确定目标的形状大小等特征，且在声背景噪声强烈的水域无法正常工作。
3、采用激光探测及成像具有探测目标直观、成像分辨率高及信息含量高等优点。水下激光成像的主要缺点是激光在水中的传送距离受到水对光的强烈衰减，工作距离有限，仅在几米至几十米的范围。一般可优选处于水的通光窗口波谱范围内的蓝绿激光进行。激光成像可以采用常规的点激光束进行二维扫描实现，但较为复杂。点激光束是常规的激光器之输出，点激光束在目标上产生一个激光点。现下，另一种所谓的一字线激光器产品已经发展成熟。一字线激光器是在常规的激光器的输出端加装比如一个柱形光学元件，将点激光束转变为一字线激光束，它在目标上产生呈一直线的激光线。一字线激光器已经形成成熟的产品系列，在准直、测量及成像等方面得到广泛的应用。尤其是随着
4、本专利技术是针对于各种水下工程、水下目标的探测及成像对更为简易可靠、能满足一定工作距离要求及要求对目标高分辨率的探测技术及装置的强烈需求，而进行的研发努力。
技术实现思路
1、本专利技术的水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统的基本工作原理是，通过发射至少两条波长不同的一字线激光构成的平行线激光同时或分别扫描照射水下目标物，用对应于不同激光波长的光学成像器分别接收在水下目标上的至少两条波长不同的一字线激光图像，经图像处理得到水下目标的位置、基本形状、距离及目标物表面状态等信息。一个实例为采用两个一字线激光器，它们的激光波长互不相同，在水下目标上形成两条波长不同的一字线激光图像。所谓的一字线激光是指通过在常规激光器的输出端加装了一定的光学原件，如一个柱形光学元件，使得其输出激光在一定距离上的激光束图形为一条有限长度，如几米至10米长，的直线，而不是常规激光器输出光束形成的一个光点。半导体激光一字线激光发射器的一个典型实例的性能如：工作激光波长为450nm,一字线激光输出功率为1.5瓦，一字线激光在一字线方向上的张角为110度。带散热片封装后的外形尺寸仅爲33x33x 75mm,采用12至24v电池供电，可长时间连续工作。半导体激光一字线激光器为本申请中的一个基本元器件单元，半导体激光一字线激光器本身的具体详细结构构成并非本申请讨论内容。
2、一字线激光在目标物表面会因为目标物表面的形状变化而产生一字线激光图像线的曲折及反射强度变化。不同的目标物表面状态，包括材料及形状，对不同的激光波长及偏振状态也有不同的反射响应，影响到不同激光波长或偏振状态之间的相对不同的反射强度。同时，不同的水况也对不同波长的激光有不同的透过特性。多个波长或偏振状态不同的一字线激光同时覆盖相互重叠的视场即同一个目标区域，通过对接收的在目标物上的多个图像的分析处理，可以得到目标物的精细形状、距离等信息，有助于大幅提高对海底地貌、水下建筑物缺陷和不规则目标的搜寻范围、测量速度及精度。通过精确控制平行一字线激光相互之间的夹角，根据平行线激光在目标物上的分隔距离，还可以得出至目标物的距离信息，也因此可以对目标物进行精确的三维成像，提高水下探测的距离及抗各种干扰的能力，提高在复杂环境下的正常工作能力。相关的图像处理及分析属于软件范围，将不在本申请中涉及。但是，采用多个波长或偏振状态不同的一字线激光，进行俯仰方向上的一维扫描，实现二维的、相互重叠的、多个波长或偏振状态不同的激光扫描视场及探测视场的探测，是本专利技术的基本专利技术点之一。
3、本申请公示了采用例如两个不同波长即两条由大功率半导体激光一字线激光构成的平行线激光与两个相应的光学成像器组合进行水下扫描，实现探测、成像的独特系统装置。两个一字线激光器采用的是瓦级大功率半导体激光一字线激光器，以保证水下探测成像的作用距离。
4、本申请公示的水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，包括一个根据水下工作深度设计的耐压水密容器，它有一个耐压密封光学通光窗口，耐压水密容器内有一个面对该光学通光窗口的光学平台，该光学平台可以在面对该耐压密封光学通光窗口的俯仰方向上的±30°俯仰范围内摆扫。在该光学平台上安装有多个在蓝绿波谱范围内、激光波长互不相同的半导体激光一字线激光器。多个半导体激光一字线激光器在光学平台上的安装调整保证多个半导体激光一字线激光器发射的一字线激光为水平方向并相互之间平行，多个半导体激光一字线激光器发射的相互之间平行的一字线激光之间的夹角可调，半导体激光一字线激光的平行线之间的间距可调，半导体激光一字线激光器发射的水平一字线激光及其在俯仰范围内的摆扫通过耐压密封光学通光窗口覆盖探测相应激光视场范围内的目标。该系统还包括多个光学成像器，多个光学成像器上采用相应的滤光片后，其工作波长与多个半导体激光一字线激光器的激光波长分别相匹配。该系统还包括成像分析处理模块，对接收的半导体激光一字线激光反射回波信息成像及分析，计算得到探测目标的相关信息，包括其三维形状，距离及表面状态。成像分析处理模块可以安装在耐压水密容器内或水面工作平台上。
5、该水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，包括至少两个半导体激光一字线激光器及工作波长与之分别相配的至少两个光学成像器,该至少两个半导体激光一字线激光器的波长不同，但都在蓝绿波谱400nm至575nm范围内，单个半导体激光一字线激光发射器的激光功率至少为0.5w以上，半导体激光一字线激光器的激光一字线的长度可调。
6、该水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，包括至少两个波长不同的半导体激光一字线激光器及工作波长与之分别相配的至少两个光学成像器，至少两个光学成像器相互之间的观察视场交叉重叠，覆盖各自对应的半导体激光一字线激光的激光视场范围，覆盖范围可根据不同的水下成像距离和任务，进行调整。
7、该水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，包括至少两个波长不同的半导体激光一字线激光器及工作波长与之分别相配的至少两个光学成像器，至少两个半导体激光一字线激光器的输出具有相同或相互正交的偏振状态，至少两个光学成像器配有对激光偏振状态敏感的偏振光学元件，至少两个光学成像器的接收本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，其特征为：包括一个根据水下工作深度设计的耐压水密容器，它有一个耐压密封光学通光窗口，耐压水密容器内有一个面对该光学通光窗口的光学平台，该光学平台可以在面对该耐压密封光学通光窗口的俯仰方向上的±30°俯仰范围内摆扫；在该光学平台上安装有多个在蓝绿波谱范围内、激光波长互不相同的半导体激光一字线激光器；多个半导体激光一字线激光器在光学平台上的安装调整保证多个半导体激光一字线激光器发射的一字线激光为水平方向并相互之间平行，多个半导体激光一字线激光器发射的相互之间平行的一字线激光之间的夹角可调，半导体激光一字线激光的平行线之间的间距可调，半导体激光一字线激光器发射的水平一字线激光及其在俯仰范围内的摆扫通过耐压密封光学通光窗口覆盖探测相应激光视场范围内的目标；还包括多个光学成像器，多个光学成像器上采用相应的滤光片后，其工作波长与多个半导体激光一字线激光器的激光波长分别相匹配；还包括成像分析处理模块，对接收的半导体激光一字线激光反射回波信息成像及分析，计算得到探测目标的相关信息，包括其三维形状，距离及表面状态；成像分析处理模块可以安装在耐压水密容器内
2.根据权利要求1所述的水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，其特征为：包括至少两个半导体激光一字线激光器及工作波长与之分别相配的至少两个光学成像器,该至少两个半导体激光一字线激光器的波长不同，都在蓝绿波谱400nm至575nm范围内，单个半导体激光一字线激光发射器的激光功率至少为0.5W以上，半导体激光一字线激光器的激光一字线的长度可调。
3.根据权利要求1所述的水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，其特征为：包括至少两个波长不同的半导体激光一字线激光器及工作波长与之分别相配的至少两个光学成像器，至少两个光学成像器相互之间的观察视场交叉重叠，覆盖各自对应的半导体激光一字线激光的激光视场范围，覆盖范围可根据不同的水下成像距离和任务，进行调整。
4.根据权利要求1所述的水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，其特征为：包括至少两个波长不同的半导体激光一字线激光器及工作波长与之分别相配的至少两个光学成像器，至少两个半导体激光一字线激光器的输出具有相同或相互正交的偏振状态，至少两个光学成像器配有对激光偏振状态敏感的偏振光学元件，至少两个光学成像器的接收对激光的偏振状态敏感；一字线激光器输出的偏振状态及光学成像器敏感的激光偏振状态可调。
...【技术特征摘要】
1.水下多波长平行线激光阵列自扫描成像系统，其特征为：包括一个根据水下工作深度设计的耐压水密容器，它有一个耐压密封光学通光窗口，耐压水密容器内有一个面对该光学通光窗口的光学平台，该光学平台可以在面对该耐压密封光学通光窗口的俯仰方向上的±30°俯仰范围内摆扫；在该光学平台上安装有多个在蓝绿波谱范围内、激光波长互不相同的半导体激光一字线激光器；多个半导体激光一字线激光器在光学平台上的安装调整保证多个半导体激光一字线激光器发射的一字线激光为水平方向并相互之间平行，多个半导体激光一字线激光器发射的相互之间平行的一字线激光之间的夹角可调，半导体激光一字线激光的平行线之间的间距可调，半导体激光一字线激光器发射的水平一字线激光及其在俯仰范围内的摆扫通过耐压密封光学通光窗口覆盖探测相应激光视场范围内的目标；还包括多个光学成像器，多个光学成像器上采用相应的滤光片后，其工作波长与多个半导体激光一字线激光器的激光波长分别相匹配；还包括成像分析处理模块，对接收的半导体激光一字线激光反射回波信息成像及分析，计算得到探测目标的相关信息，包括其三维形状，距离及表面状态；成像分析处理模块可以安装在耐压水密容器内或水面工作平台上。
2.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜大勇，刘京郊，侯晓帆，何耀杰，
申请(专利权)人：北京华夏光谷光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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