[发明专利]一种水下激光行扫描数字成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下激光成像系统，特别是涉及一种应用于水下的激光行扫描数字成像系统。

背景技术

近年来，水下光电成像探测技术正受到各国研究者的日益重视，它可用于探测快速运动的目标，也可用于救生、打捞和资源开发等。但是由于海水中的悬浮微粒以及水分子对光波的散射和吸收，激光束在海水中的衰减相当快，其衰减程度和成像距离呈指数关系，造成图像噪声大，成像质量差等缺陷。

中国专利申请201310071635.6公开了一种“一种基于激光扫描的探测成像系统”，该系统的特点是以激光为光源，通过对物体的散射光进行采集成像，以便对物体进行分析和判断。中国专利申请201110001461.7公开了一种“基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置”，该装置的特点是提供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，当在对水下目标进行激光成像探测时，它能够有效探测布里渊散射信号，提高成像质量。但上述的系统和装置均未能有效地解决激光束后向散射的影响，会使激光成像质量显著下降，观测和成像距离明显缩短。

如何克服现有技术的不足已成为当今水下激光成像技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水下激光行扫描数字成像系统，可以提高水下光传输能量，增强接收信号，将吸收影响减至最低限度；采用了同步扫描机的一种光学系统，使得激光照射范围与接收机视场在时间和空间上均配合一致并且运动同步，可将扫描水空间内的后向散射减至最低限度，提供高分辨率的图像，同时扩大了在混浊水中的摄像距离；本发明可用于清洁海水、混浊海水、含有大量悬浮微粒的海水以及漆黑的深海水等极其复杂的环境条件下工作。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种水下激光行扫描数字成像系统，该系统包括上位机模块、一个筒状的耐压壳体以及安装在其内的激光模块、光机电扫描模块、数字化摄像模块，所述数字化摄像模块分别通过RS232通信口与上位机模块连接；其中：

所述激光模块包括固态倍频激光器、光学聚焦系统、激光控制系统；其中：

所述固态倍频激光器作为光源，包括一个倍频晶体，激光经过倍频晶体后频率增倍； 

所述光学聚焦系统用于对所述固态倍频激光器发出的激光光束进行聚焦，缩窄为条状激光光束；

所述激光控制系统包括埋式传感器控制器，用于通过监视输出光束的功率和控制激光的发射过程，从而对输出的激光功率实施调控；

所述光机电扫描模块包括输入反射镜、光学分系统、输出反射镜，所述光学分系统包括光学触发器、电动机以及由电动机带动的转轴；所述输入反射镜和输出反射镜安装于转轴的两侧；其中：

所述输入反射镜用于将激光光束偏转反射至目标物体；

所述输出反射镜用于偏转由目标物体反射而来的激光光束；

所述光学触发器以时钟信号作为控制信号，用于控制输入反射镜和输出反射镜的定时同步，从而使激光照射范围与接收机瞬时视场的运动得到同步；

所述数字化摄像模块包括入射孔、接收机、低噪声前置放大器和视频处理系统；其中：

所述接收机用于通过所述入射孔接收所述输出反射镜偏转反射的激光光束，并将其转化为电信号，所述电信号与瞬时视场内的目标物体反射的激光成正比；

所述低噪声前置放大器用于将接收机输出的电信号进行放大，并传输至视频处理系统；

所述视频处理系统用于将放大后的电信号转化为复合视频信号，并传输至上位机模块。

作为本发明的进一步优化方案，所述上位机模块包括键盘和鼠标、视频监视器，所述键盘、鼠标用于操作者进行操作，所述视频监视器用于显示视频处理系统传输的复合视频信号。

作为本发明的进一步优化方案，所述激光采用波长为1064nm的Nd：YAG激光，经过倍频晶体后频率增倍，转化为波长为532nm的激光。

作为本发明的进一步优化方案，所述埋式传感器控制器是一个单板计算机，具有模拟和数字式输入/输出传感器控制和监视能力。

作为本发明的进一步优化方案，所述入射孔有多个、大小能够调整且能够转动，入射孔的大小根据入射孔与目标物体之间距离来确定，以根据距离变化控制系统的瞬时视场。

作为本发明的进一步优化方案，所述条状激光光束运动形成的扇形角度为90°，用于成像的角度为70°。

作为本发明的进一步优化方案，所述输入反射镜和输出反射镜为锥形多面反射镜。