[发明专利]基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置

权利要求书

1.一种基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置，其特征在于由脉冲发生器(1)、激光控制器(2)、选通控制器(3)、逻辑处理部件(4)、蓝绿激光器(5)、扫描器(6)、布里渊散射滤波器(7)、选通信号接收器(8)、信号处理部件(9)及监视器组成，脉冲发生器(1)分别与激光控制器(2)、选通控制器(3)、逻辑处理部件(4)连接，激光控制器(2)与蓝绿激光器(5)连接，扫描器(6)一方面连接蓝绿激光器(5)，引导激光照射在探测区域，另一方面连接包括布里渊散射滤波器(7)、选通信号接收器(8)组成的信号接收装置，对布里渊散射信号进行同步收集；布里渊散射滤波器(7)、选通信号接收器(8)、信号处理部件(9)和监视器依次相连，选通控制器(3)与选通信号接收器(8)连接，逻辑处理部件(4)与信号处理部件(9)连接；脉冲发生器(1)中的脉冲发生器产生工作所需的基准时钟，控制激光控制器(2)、选通控制器(3)、逻辑处理部件(4)、扫描器(6)按时序步骤运行；激光控制器(2)在基准时钟的作用下，产生蓝绿激光器(5)工作所需的驱动电源及控制信号，该蓝绿激光器(5)输出布里渊散射水下激光成像探测所需的蓝绿激光脉冲信号；蓝绿激光脉冲信号在扫描器(6)的作用下，以二维扫描的方式，扫描成像探测所感兴趣的水体区域，蓝绿激光脉冲信号与水及水下目标作用，产生响应的布里渊散射信号；含有反射信号、后向弹性散射信号、后向散射的布里渊散射信号的混合信号，经同步扫描器(6)接收，传输至布里渊散射滤波器(7)；混合信号经过布里渊散射滤波器(7)后，滤除其他信号，只有水下布里渊散射信号传输至选通信号接收器(8)；信号选通接收器(8)在选通控制器(3)的控制下，接收不同距离上的布里渊散射信号，产生相应的电信号传输至信号处理部件(9)；信号处理部件(9)在逻辑处理部件(4)的控制下进行噪声处理，图像重建生成，产生水体区域的布里渊散射信号二维空间分布图像，送达图像监视器供观察者观察。

2.根据权利要求1所述的基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置，其特征在于选通控制器(3)由选通控制电路和距离延时控制开关组成，根据水下信号传输不同距离的时间延迟，累加到基准时钟上得到不同距离探测点的工作时钟，通过选通控制电路，得到选通控制脉冲，控制信号选通接收器(8)工作；该信号选通接收器(8)由雪崩光电二极管和选通控制电路组成，选通控制器(3)送来的选通控制脉冲经过选通控制电路改变探测布里渊散射信号的雪崩光电二极管的工作阈值，确定信号选通接收器(8)接收布里渊散射信号的工作与休眠状态，以此进行选通控制。

3.根据权利要求1所述的基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置，其特征在于扫描器(6)由光学成像器件、步进电路和步进控制器件构成，光学成像器件一方面引导蓝绿脉冲激光照射成像探测所感兴趣的水体区域，产生布里渊散射信号，另一方面汇聚收集布里渊散射信号；步进电路受基准时钟的控制，作用步进控制器件，带动光学成像器件对所感兴趣的水体区域进行扫描；当信号选通接收器(8)接收的水下布里渊散射信号距离固定时，配合扫描器(6)便可获取此固定距离水体断面的二维布里渊散射信号分布信号。

4.根据权利要求1所述的基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置，其特征在于置于信号选通接收器(8)前端的布里渊散射滤波器(7)由宽禁带双通道窄带滤光片、金属支架组成，该宽禁带双通道窄带滤光片由一维光子晶体和缺陷构成，其膜系结构采用异质结结构，选用TiO2和SiO2两种不同折射率的材料作为高、低折射率膜层；其中一维光子晶体为(1H 1L)₄，(1.2H 1.2L)₄，(1.4H 1.4L)₄，(1.6H 1.6L)₄，(1.8H 1.8L)₉；缺陷为(0.5H 0.5L)，(4.6H 5.2L 5.8H 6L)，(4.5H 6.15L 1.7H 1.7L)，H代表厚度为1/4中心波长的高折射率膜层，L代表厚度为1/4中心波长的低折射率膜层；宽禁带双通道窄带滤光片固定在可调角度的金属支架上，调整角小于等于3度。

5.根据权利要求1所述的基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置，其特征在于逻辑处理部件(4)与信号处理部件(9)配合工作，完成对水下布里渊散射信号的二值化，降低噪声，以及图像增强，其中逻辑处理部件(4)接收脉冲发生器(1)的控制命令，根据基准时钟，形成各步骤信号处理的时序命令，控制信号处理部件(9)工作；信号处理部件(9)通过阈值选择，甄别出海水布里渊散射信号和非海水介质布里渊散射信号，然后设置二维空间区域内像素灰度值，海水布里渊散射信号，即非目标像素灰度值为0或1；非海水介质布里渊散射信号，即目标像素的灰度值为1或0)，这样就形成了基于布里渊散射频移的水下成像探测的二值化图像；

选用边缘保护平滑滤波对图像进行去噪处理，然后再采用分段直方图均衡化的处理方式对其进行图像增强，即边缘保护平滑滤波基于递归有理数滤波，经去噪处理后的图像首先用一个全局阈值把图像直方图分成两部分，高灰度区含有绝大部分的目标信息，再对两部分分别进行均衡化，最后进行不同程度的压缩以组合成一幅完整的图像，经分段直方图均衡化的处理过的图像提高了图像对比度，细节轮廓分明。