[发明专利]一种水下后向散射传递函数的光学测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，包括水箱体、光学系统、第一图像传感器和第二图像传感器，其中，所述水箱体内依次设置有吸光装置和悬浮颗粒，所述光学系统设置于水箱体外，接收成像目标接收光照后经过悬浮颗粒形成的后向散射，所述第一图像传感器和第二图像传感器安装于光学系统的光轴上，接收不同焦面位置的图像，根据第一图像传感器和第二图像传感器同步采集后向散射的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射的光学传递函数。本发明利用后向散射在光学系统中的传递函数不是随机变化的特点，可以为水下光学系统的研制提供准确稳定的光学参数。

技术领域

本发明涉及一种水下后向散射传递函数的光学测试装置及方法。

背景技术

后向散射是制约水下光学成像作用距离的主要因素。然而由于散射的随机性，导致后向散射的光学特性难以提取，水下凝视光学成像质量难以提高。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种水下后向散射传递函数的光学测试装置及方法，本发明通过测试后向散射在光学系统中的传递函数，获取准确、稳定的光学参数，为水下高性能光学成像系统的研制提供数据支持。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，包括水箱体、光学系统、第一图像传感器和第二图像传感器，其中，所述水箱体内依次设置有吸光装置和悬浮颗粒，所述光学系统设置于水箱体外，接收成像目标接收光照后经过悬浮颗粒形成的后向散射，所述第一图像传感器和第二图像传感器安装于光学系统的光轴上，采集不同焦面位置的图像，根据第一图像传感器和第二图像传感器同步采集后向散射的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射的光学传递函数。

进一步的，所述第一图像传感器和第二图像传感器相对于光学系统的等效光路存在轴向间距。

进一步的，所述轴向间距Δf满足

其中，λ为照明光的中心波长，NA为像方数值孔径。

进一步的，光照由光源发出，且该光源的照射角度可调。

光源发射的照明光照射到水箱体中的散射粒子发生前向散射和后向散射，其中前向散射和剩余的照明光被吸光装置所接收。

进一步的，后向散射进入光学系统，经过分光板被分为两束，一束成像于第一图像传感器，另一束成像于第二图像传感器。

所述散射粒子悬浮于水箱体的液体中。

所述吸光装置安装于水箱体的一侧，用于吸收额外的杂光。

第一图像传感器和第二图像传感器与控制器通信，控制器将后向散射N_b作为成像目标，离焦距离为f像面的后向散射像U_b为：

其中，*为卷积运算，P为光学系统的点扩散函数，x,y为像方笛卡尔坐标系，r,为物方极坐标系，f为离焦量。离焦距离为f+Δf像面的后向散射像U_b'为：

后向散射在轴向间距为Δf两个像面间的传递函数为：

为傅里叶变换。

一种水下后向散射传递函数的光学测试方法，光学系统接收散射粒子的后向散射，采集光学系统不同焦面位置的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射的光学传递函数。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：