[发明专利]一种基于双目单探测器的水下三维成像系统

说明书

本发明提出了一种水下三维成像系统，包括：控制模块、照明模块和成像模块；控制模块连接照明模块和成像模块，控制模块用于控制照明模块和成像模块的开启或关闭，和记录成像模块形成的图像；照明模块包括照明光源和匀光组件，匀光组件用于使照明光源发出的照明光均匀，完成对目标的照明；成像模块包括镜头组件和探测器，镜头组件用于引导目标反射的光信号到达探测器成像。该水下三维成像系统将单个探测器结合光学元件，利用光学元件将原本空间上分开的两幅图像成像到同一个探测器上，具体是空间上在同一个探测器上分开，或者是时间上在同一个探测器上分开，构建出分辨率高、成像距离远、成像速度快的水下三维成像系统。

技术领域

本发明涉及三维成像技术领域，尤其涉及一种基于双目单探测器的水下三维成像系统。

背景技术

在水下三维成像技术中，一般的水下双目立体视觉系统采用了主动照明光源、双光学系统、双探测器的组合。一方面是因为典型的面阵型感光芯片价格不再是影响三维成像系统成本的主要原因，另一方面是采用双探测器能够简化光学系统设计，而且双探测器的软件标定与图像处理也日趋简化。所以典型的水下双目立体视觉系统采用的都是双探测器的设计。

但是因为水体环境对电磁波有强烈的吸收与散射，现有的水下光学成像技术存在成像质量差，成像距离短的问题。因此，典型的水下双目立体视觉系统也有成像距离近，距离分辨率受水体环境影响较大的缺陷。为提高三维光学成像距离，新的照明光源和感光探测器正在被广泛试验与研究。这其中有代表性的技术有：基于条纹管的三维成像技术、点扫描水下三维成像技术、利用距离选通成像重构水下三维图像的技术等。

相比之下，激光距离选通技术有精度高、成像距离较长等特点。但利用激光距离选通成像获得的三维图像，需要高精度的激发脉冲同步控制，往往要到达皮秒级的同步精度，增大了系统的复杂度，难以实现。如果利用两套探测器和光学系统构成传统的双目立体视觉成像系统，不仅控制系统复杂度升高，还有成本急剧升高的问题。

目前的水下三维成像技术采用的主要有两种方法：水下激光距离选通三维成像和水下双目立体视觉成像。

水下激光距离选通成像技术的基本原理是工作在蓝绿光波段的脉冲照明激光主动照射目标，高精度的控制系统控制探测器接收信号的时间，使得只有特定距离上的目标反射光能够被探测器收集并成像。水下激光距离选通成像技术除了可以获得目标的二维灰度图外，也可以通过选通切片，对不同距离上的目标成像，来获取深度数据，计算得到目标的三维信息。但是为了得到较高精度的三维信息，选通切片需要非常薄，即激光脉冲的脉宽和选通探测器门宽需要到达纳秒甚至皮秒级，整体系统的电子系统较为复杂和精密，对成本的需求高。且要获得高精度的三维图像需要长时间的获取和处理二维图像，三维图像的实时性难以保证。

水下双目立体视觉成像技术的基本原理是基于视差原理，通过不同位置的两套成像系统获取目标的不同图像，通过计算两幅图像的对应点位置偏差来获取深度信息，进而得到水下物体的三维信息。因为电磁波在水下的迅速衰减(红光10m以内，黄橙光10-30m，绿光100m左右，蓝光最深到500m)，较深的水下目标难以获得环境光的照明，所以水下双目视觉系统需要附带主动照明光。而采用主动照明会导致信噪比低，成像制冷差。因为需要获取目标的全面色彩信息，成像距离受红光传输距离限制，典型水下双目视觉系统的探测距离仅为几米，成像距离过短。

综上所述，现有的水下三维成像技术均存在使其无法满足实际应用需求的缺点。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种基于双目单探测器的水下三维成像系统。

所述水下三维成像系统包括：控制模块、照明模块和成像模块；

所述控制模块连接所述照明模块和所述成像模块，所述控制模块用于控制所述照明模块和所述成像模块的开启或关闭，和记录所述成像模块形成的图像；