[实用新型]一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置

说明书

本实用新型公开了一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置，包括双目光谱成像子系统、水下宽光谱LED光源、水体衰减系数测量仪、控制单元、接收端光端机、上位机、支架；其中，双目光谱成像子系统包括两台参数完全相同的第一水下光谱成像仪和第二水下光谱成像仪；第一水下光谱成像仪和第二水下光谱成像仪同步采集水下目标物光谱图像序列；水体衰减系数测量仪固定于支架上，用于测量水体光学衰减系数，第一水下光谱成像仪、第二水下光谱成像仪、水下宽光谱LED光源和水体衰减系数测量仪均与控制单元相连，控制单元与接收端光端机相连，接收端光端机与上位机相连。本实用新型能实现水下目标物表面光谱反射率的原位、定量、准确测量。

技术领域

本实用新型涉及一种水下光谱反射率测量装置，尤其涉及一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置。

背景技术

物体表面的光谱反射率是物体表面所反射的光谱辐射能量与入射到物体表面的光谱辐射能量之间的比值，体现了物体表面对不同波长光的反射能力，是物体的本征属性之一。物体光谱反射率这一特性已经在卫星遥感、农业、食品、生物医学、军事等领域得到了非常广泛的应用，但是相关研究和应用主要还是集中在陆地和海面，而对于水下研究及应用相对较少。

随着人类对海洋研究的不断深入，人们对于水下环境监测和探测的要求也在不断提高，世界各国科研人员正积极探索如何定量、准确地获取水下物体表面的光谱反射率，并基于此对海底物体(如海底表面的矿物、生物、人造物体)进行分类识别、对海洋生态环境进行更有效的监测。光谱成像技术将空间维度与光谱维度相结合，可以实现图谱合一，可以得到更直观、丰富、准确的物体信息，因此，通过水下光谱成像技术原位、定量获取水下物体表面的光谱反射率是一种十分有应用前景的探测手段。

通常水下环境为微光甚至黑暗环境，需要采用水下人造光源对水下光谱成像进行辅助照明。然而，由于光在水中传输的过程中，水体(包括水、水中悬浮颗粒物、水中溶解物质等)会对光产生严重的吸收和散射衰减作用，导致光的能量整体减弱、能量在不同波长的相对分布发生变化，因此，需要对原始水下光谱图像进行水体衰减补偿以还原物体表面真实的光谱信息。美国专利(CN 203444122 U，US Patent 8,767,205)提出了一种水下高光谱成像系统，并通过与水下测距装置协同工作，补偿水体衰减的影响，获取水下光谱图像信息，但由于其成像方式仅为成像面探测，无法得到物体表面三维信息，故存在光谱信息补偿误差，且该系统不能原位获得水下物体表面光谱反射率数据。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型提供了一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置，利用两台水下光谱成像仪同步获取水下物体光谱图像，并基于双目视觉原理计算物体的三维空间坐标，从而获得物体上每一个点与光谱成像仪之间的空间距离；根据同步测量的水体衰减系数，补偿水体对光谱的衰减；根据水下光谱成像仪光谱响应与绝对辐射度之间的定标模型，获得物体表面所反射的光谱辐射能量；再根据水下LED光源的水下光场分布模型，计算入射到物体表面的光谱辐射能量，从而得到物体表面的光谱反射率。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置，包括双目光谱成像子系统、水下宽光谱LED光源、水体衰减系数测量仪、控制单元、接收端光端机、上位机、支架；其中，所述双目光谱成像子系统包括两台参数完全相同的第一水下光谱成像仪和第二水下光谱成像仪，两者平行安装在支架的左右两侧且前端面位于同一平面上；所述第一水下光谱成像仪和第二水下光谱成像仪同步采集水下目标物光谱图像序列；所述水体衰减系数测量仪固定于支架上，用于测量水体光学衰减系数，所述第一水下光谱成像仪、第二水下光谱成像仪、水下宽光谱LED光源和水体衰减系数测量仪均与控制单元相连，控制单元与接收端光端机相连，接收端光端机与上位机相连。