CN102998668B - 一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下探测目标成像系统研究技术领域，尤其是一种去除水面波浪导致水下探测探测目标成像畸变的还原方法及装置。本发明所要解决的技术问题是：为了解决水面波浪导致水下探测目标成像系统目标成像严重畸变的问题，提高采集信号装置适用范围，本发明提出了同时探测和记录水下探测探测目标和水面波浪波形的去除水面波浪导致水下探测目标成像畸变的还原方法及装置。本发明提出的还原算法，通过点A、B反推计算目标点C，再由目标点C经过虚拟无波浪水面点D算出无波浪水面时C点在像平面oxy上的成像点E实现去除水面波浪导致水下探测目标成像系统成像畸变的目的。本发明适用于对水下探测目标成像还原处理领域。
Description
技术领域
本发明涉及水下探测探测目标成像系统研究技术领域，尤其是一种去除水面波浪导致水下探测探测目标成像畸变的还原方法及装置。
背景技术
由于空气-水界面对光的折射作用，水面波浪会导致水下探测探测目标成像的严重畸变，严重影响目标的探测和识别，限制系统的适用范围，是水下探测目标成像系统研究中亟待解决的重要难题。并且由于水面波浪波形一直处于不停变化的状态，给目标图像的处理带来了极大困难。现有的对波浪影响水下探测目标成像的研究，都只局限于波浪对于水下探测光斑大小、目标回波信号功率、飞机离水面高度的矫正等方面，而波浪导致水下探测目标成像系统目标成像严重畸变的问题一直都没有得到解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了解决水面波浪导致水下探测目标成像系统目标成像严重畸变的问题，提高系统适用范围，本发明提出了采用双通道同时探测和记录水下探测目标和水面波浪波形的一种去除水面波浪导致水下探测目标成像畸变的还原方法及装置，通过本发明提出的还原算法实现去除水面波浪导致水下探测目标成像系统成像畸变的目的。
本发明采用的技术方案如下：
一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法包括
步骤1：根据图像采集装置xoy像平面获得的水下探测探测目标实际成像的任一个像点A的坐标，以及波浪水面点B点坐标，已知水下探测探测目标所处位置的水深位于z轴的坐标，因而可计算出水下探测探测目标实际成像点A对应的水下探测探测目标实际物点C的坐标，其中设定点A坐标 ，点B坐标，点C坐标，波浪水面点B是水下探测探测目标实际成像点A经过信号接收装置形成的成像光线AP与波浪水面的交点；
步骤2：由水下探测探测目标实际物点C的坐标，经虚拟的无波浪水面点D及信号接收装置，计算水面无波浪时水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置像平面oxy上对应成的成像点E，则成像点E是水下探测探测目标实际成像点A去除波浪成像畸变影响后的像；其中点D坐标，成像点E坐标，无波浪水面点D是水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置的成像点E的经过信号接收装置形成的成像光线EP与无波浪水面的交点。
所述步骤1中计算水下探测探测目标实际物点C 具体过程是：
步骤11：由几何关系易知直线AB的方程为：
（2）
因为B点的Z轴坐标为z1=h+s，根据（2）计算可得，,其中，根据（1）计算可得，，求出B点坐标，结合设置波浪表面即时函数为，得到波浪表面在波浪水面点B点法线方程为：
（4）
其中，分别为在点B 坐标关于和的偏导数、，其中即时函数是第一光学接收模块获得水下探测目标成像同时，通过第二光学接收模块获得这一时刻的水面波浪表面波形即时函数，h为信号接收装置到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距，x1、y1分别是波浪水面点B的x轴坐标，y轴坐标。
步骤12：设AB与夹角为，折射角为，水的折射率为，由两直线夹角公式及直线AB的方程（2）与法线的方程（4）得到公式（5）计算夹角为，
（5）
在通过公式（6）计算得出折射角为
（6）
设直线BC的斜率方程为（7），其中（m1，n1,1）是直线BC的方向矢量：
（7）
则：
（8）
由于AB、BC、三直线共面，有：
（9）
由式（6）、（8）、（9）可求得、，再由式（7）求出点C坐标，其中h为第一光学接收模块或第二光学接收模块到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距，z0为水下探测探测目标距水面的深度。
所述2中无波浪水面点D的具体过程是：
步:21：由 CD方程为： （10）
设CD与平静水面法线夹角为，则：
（11）
步骤22：设DE方程为：
（12）
设DE与平静水面法线夹角为，则：
（13）
（14）
由于CD、DE、平静水面法线三直线共面，有：
（15）
由式（11）~（15）可以求得、，得出无波浪水面点D，其中h为第一光学接收模块或第二光学接收模块到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距。
所述图像采集装置像平面oxy上对应成的成像点E坐标具体过程：
由式（12）可求得成像点E坐标：
， （16）
所述步骤11中波浪表面即时函数的取得过程是：在第三成像透镜处理波浪面成像点时，触发器经过延长后发送触发信号给图像采集装置进行选通门的开启，同时经过第二光学接收模块通过雷达三维成像方法或相位法测距获得同一时刻波浪水面波形的即时函数，其中是系统的固有延迟时间。
去除水下探测目标成像畸变的还原装置包括
激光发射模块，用于产生激光信号探测波浪水面及水下探测探测目标；
信号接收模块，用于接收水下探测探测目标及水下探测目标对应波浪水面成像点；
同步控制电路，用于接收激光发射模块发射的光信号并将其转换为触发电信号；
图像采集装置，用于接收同步控制电路的触发信号进行选通门控制并通过信号接收模块接收到的水下探测探测目标成像点及水下探测探测目标对应波浪水面波形即时函数；当触发信号有效时，选通门处于打开状态，当水下探测探测目标或水下探测目标经过波浪水面反射回来的光信号到达图像采集装置时，允许信号光进入图像采集装置；其余时间选通门处于关闭状态，不进行信号采集；
图像处理模块，用于对图像采集模块采集信号通过所述还原方法进行处理得到去除水下探测探测目标成像畸形后的水下探测探测目标。
所述激光发射模块包括激光器、第一成像透镜、反射镜，所述激光器发射的激光信号分成两路光信号，其中一路光信号经过第一成像透镜扩束后，经过反射镜后对水下探测探测目标及水下探测探测目标经过波浪水面成像点照明；
所述激光发射模块包括激光器、第一成像透镜、反射镜，所述激光器发射的激光信号分成两路光信号，其中一路光信号经过第一成像透镜扩束后，经过反射镜后对水下探测探测目标及水下探测探测目标经过波浪水面成像点照明；
所述同步控制电路包括光电转换器、触发器，所述光电转换器接收激光器发射的另一部分光信号将其转换为电信号，所述电信号经过触发器产生延长时间为的电触发信号去控制图像采集装置选通门的开关，同时经过第三成像透镜利用雷达三维成像方法或相位法测距获得同一时刻波浪水面波形的即时函数；
所述光电转换器接收激光器发射的另一部分光信号将其转换为电信号，所述电信号经过触发器产生延长时间为后发送触发信号给图像采集装置进行选通门的开启，同时经过第二成像透镜，采用距离选通成像方法利用图像采集装置获得水下探测探测目标的实际成像。
所述图像采集装置是选通ICCD摄像机，选通ICCD摄像机的选通门开启持续时间后关闭，ds为所需观测的景深，n是水折射率，c是光速。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过本发明提出的还原方法及装置能够去除水面波浪导致的激光水下探测目标成像装置的成像畸变，提高水下探测目标的成像质量，进而提高激光水下探测目标成像装置对水下探测目标的识别能力，增强本设计适用范围。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是现有技术中雷达雷达三维成像方法原理；
图2是现有技术中相位测距工作原理；
图3是本设计原理框图；
图4是去除水面波浪导致水下探测目标成像畸变的还原方法的原理图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本专利相关说明：
1、 参数说明
（11）、是固有延迟时间，固有延迟与系统的信号传输延迟时间有关，根据系统不同有所不同，不好确定一个时间范围。我们用的系统的固有延迟约为940~1030ns（不同激光能量下）同一个系统相同参数下的固有延迟应该是定值。
（12）、n是水折射率；
（13）、c是光速；
（14）、h为第一光学接收模块（第二光学接收模块）到水面的距离；
（15）、s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距；
（16）、z0为目标面距水面的深度；
（17）、f表示第一光学接收模块极品第二光学接收模块（可以是单透镜或者双透镜）的焦距。
（18）、无波浪水面是个虚拟的水面，即水面没有波浪。
2、激光发射模块包括激光器、第一成像透镜、反射镜，其中激光器用的是532nm波长（蓝绿波段）的激光器。
3、同步控制电路包括触发器、光电转换器，触发器是DG535信号发生器。
4、信号接收模块包括第一光学接收模块、第二光学接收模块，所述第一路光学接收模块、第二路光学接收模块分别是第二成像透镜、第三成像透镜（单透镜或者双透镜，其中第一路光学接收模块探测水下探测探测目标，同一时刻第二路光学接收模块探测波浪水面即时函数）。
5、图像采集模块是选通ICCD摄像机。
6、图像处理模块是微处理器。
7、说明图4中X、Y、Z轴建立过程：以图像采集装置测量的目标实际成像点面为xoy面，其中与水平面平行的轴线为x轴，在xoy面上与x轴垂直的轴线为y轴，与xoy面垂直的第二成像透镜的光轴为z轴。图4中1虚拟光线；2实际光线；3水面；4目标面。
8、选通ICCD摄像机目标实际成像点A获取过程：激光器发射激光信号，通过第一成像透镜后分成两路光信号，其中一路光信号经过反射镜照射水下探测目标C点及水面，水下探测目标C点经过反射后，在有波浪的水面形成B点，经过有波浪水面折射后在经过成像透镜在图像采集装置相平面xoy面上形成A点。
9、点A、点B、点C、点D、点E位置及其之间的关系说明:
91：水下探测探测目标实际成像点A是图像采集装置xoy像平面获得的目标实际成像的任一个像点A；
92：波浪水面点B是点A经过第一光学接收模块（是第二单透镜或者第二双透镜）中心P点形成的成像光线AP与波浪表面的交点。点B坐标中x轴坐标、y轴坐标通过公式：（注：根据透镜成像原理，若s是物点，m是像点，P是透镜中心，则经过P点的光线是不发生折射的，即sPm三点在同一直线上。因此，经过像点A和透镜中心P点的直线APB经水面折射后求得的C点正是像点A对应的物点，这是物点C经水面折射后，再经过透镜成像在A点的逆推过程。）。若第二成像透镜焦距为f，则像距：
（1）
有几何关系可知直线AB方程为： （2）
因为点B的Z轴坐标为z1=h+s，计算可得，,其中s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距， f表示第一光学接收模块（可以是单透镜或者双透镜）的焦距，h为第一光学接收模块到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距。
93：水下探测探测目标实际物点C是水下探测目标实际处于三维坐标的位置。
94：无波浪水面点D是C点在图像采集装置的成像E点的经过第一光学接收装置中心P点形成成像光线EP与无波浪水面的交点。
95：成像点E点是C点经过无波浪水面后在图像采集装置xoy像平面的成像点。
10、波浪表面的即时函数为的获取具体过程。
波浪波形即时函数可以采用雷达三维成像方法或相位法测距获得等。根据《合成孔径雷达三维成像技术研究》（参考“自南京理工大学硕士论文《合成孔径雷达三维成像技术研究》第24页）可知雷达三维成像方法原理是：合成孔径雷达三维成像方法是一门根据复雷达图像的相位数据来提取地面目标三维空间信息的技术，如图1所示，其基本思想是:利用两副天线同时成像或一副天线相隔一定时间重复成像，获取同一区域的复雷达图像对，由于两副天线与地面某一目标之间的距离不等，使得在复雷达图像对同名像点之间产生相位差，形成干涉图像，干涉图像中的相位值即为两次成像的相位差测量值，根据两次成像相位差与地面目标的三维空间位置之间存在的几何关系，利用飞行轨道的参数，即可测定地面目标的三维坐标。这个技术完全可用于海面波浪波形三维坐标的获取。
相位法测距原理（参考自《激光雷达三维成像系统的研究》陆祖康，臧侃等 浙江大学学报 第33卷第4期第418到420页）：相位法测距的工作原理如图2所示，激光束幅度被正弦调制，经扩束准直成平行光照到目标，目标的漫反射光由接收系统接收后转变成电信号进入鉴相器的一个输入端;同时调制信号输入鉴相器的另一端，则鉴相器输出电压对应回波信号的相位延迟，雷达与目标之间的距离由公式（21）决定:
（21）
式中，c为光速，为调制频率，为相位差。用相位法测距技术可以获取波浪表面各点的三维坐标，进而获得波浪波形函数。
11、从激光器发射激光到选通ICCD开始采集水下探测目标图像的延迟时间 （3）
12、从选通ICCD摄像机开始采集水下探测目标图像到结束采集图像的延迟时间 （31）
13、激光水下探测目标距离选通成像方法基本原理
激光水下探测目标距离测量采用脉冲激光器作为照明光源，选通选通ICCD摄像机作为接收器，其基本原理是：根据激光传输的距离不同而使得不同深度水体散射光和目标反射的信号光返回接收系统的时间不同，通过控制选通摄像机选通门开启时间实现去除大部分水体散射光和背景光对系统的影响的目的，其具体选通过程为：
131、激光器向探测目标发射一束强激光脉冲，被目标反射后向接收系统传输，在这个过程中，摄像机的选通门处于关闭状态，阻止这一过程中的水体散射光和背景光进入接收系统。
132、当目标反射回来的激光脉冲到达接收系统时，摄像机选通门处于打开状态，允许目标反射光进入接收系统并最终成像，选通门开启延迟时间与目标到系统的距离相关。
133、接收到目标反射的光信号后，再将摄像机选通门关闭，阻止水体散射光及背景光辐射等干扰光进入选通摄像机，选通门开启持续时间与需要观测的景深相关。
134、利用了激光能量高、方向性单色性好及脉冲宽度窄等特点，获得的目标图像只与选通时间内探测器接收到的光信号及本身噪声有关，从而抑制了大部分水体后向散射光对系统成像的影响，极大地改善了系统的分辨率、信噪比，提高探测距离。
14、图4是本发明的去除水面波浪导致水下探测目标成像畸变的还原方法的原理图，在图中所示的空间直角坐标系中，xoy平面为像平面，oz为系统主光轴，第一透镜或者第二成像透镜，与oz交于点P，A点为目标面上C点在水面有波浪时在像平面xoy上实际所成的像，光线CBPA与水面交点为B，E点为C点在水面无波浪时成的像，光线CDPE与水面交点为D，由于CBPA与CDPE的成像物距近似相等（因为波浪起伏的大小相对于水下探测成像系统到水下探测目标的距离小很多，B点与D点距离不会很大，因此近似相等），因此E点也在oxy像平面上。h为信号接收装置到水面的距离，s表示B点经过信号接收装置的相距，z0为目标面距水面的深度。
15、本发明装置的工作原理：图3所示，具体步骤是：
1）通过激光器发射激光信号通过第一成像透镜后将其分为两路光信号，其中一部分光信号通过反射镜后照射波浪水面及水下探测探测目标（激光器发射的激光经过透镜扩束后对一定区域的水面和水下目标进行照明，不单单是水面上的一个点或目标上的一个点）（水面的光信号一部分反射回第三成像透镜，另一部分透过水面对水下探测探测目标进行照明，再被反射后透过波浪水面及反射镜反射回第二成像透镜，其中经过反射镜照射到水面的光信号反射回第三成像透镜的时间和经过水下探测探测目标后在经过波浪水面反射回第二成像透镜的时间时间差相对于波浪函数变化来说时间很短，即认为波浪没有变化。经过反射镜照射到水面的光信号反射回第三成像透镜的时间和经过水下探测探测目标后在经过波浪水面反射回第二成像透镜的时间时间差相对于本设计装置检测时间比较大），1）另一部分光信号通过光电转换器将光信号转换为电信号，在输入到触发器中，经过延迟时间为后发送触发信号给图像采集装置进行选通门的开启，同时经过第二成像透镜，采用距离选通成像方法利用图像采集装置获得水下探测探测目标的实际成像；2）同时另一部分光信号通过光电转换器将光信号转换为电信号，在输入到触发器中，经过延迟时间为后发送触发信号给图像采集装置进行选通门的开启，同时经过第三成像透镜利用雷达三维成像方法或相位法测距获得同一时刻波浪水面波形的即时函数。
2）当获得水下探测探测目标的成像及同一时刻波浪水面波形的即时函数。图像处理装置对获得的水下探测探测目标即时函数及同一时刻波浪水面波形的即时函数通过以下方法进行处理获得水下探测目标去除波浪成像畸变后的成像图像，具体步骤：
21）据图像采集装置xoy像平面获得的水下探测探测目标实际成像的任一个像点A的坐标，以及波浪水面点B坐标，已知水下探测探测目标所处位置的水深位于z轴的坐标，因而可计算出水下探测探测目标实际成像点A对应的水下探测探测目标实际物点C的坐标，其中设定点A坐标，点B坐标，点C坐标，波浪水面点B是水下探测探测目标实际成像点A经过信号接收装置形成的成像光线AP与波浪水面的交点；
22）由水下探测探测目标实际物点C的坐标，经虚拟的无波浪水面点D及信号接收装置，计算水面无波浪时水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置像平面oxy上对应成的成像点E，则成像点E是水下探测探测目标实际成像点A去除波浪成像畸变影响后的像；其中点D坐标，成像点E坐标，无波浪水面点D是水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置的成像点E的经过信号接收装置形成的成像光线EP与无波浪水面的交点。
实施例一：一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法包括
步骤1：根据图像采集装置xoy像平面获得的水下探测探测目标实际成像的任一个像点A的坐标，以及波浪水面点B坐标，已知水下探测探测目标所处位置的水深位于z轴的坐标，因而可计算出水下探测探测目标实际成像点A对应的水下探测探测目标实际物点C的坐标，其中设定点A坐标，点B坐标，点C坐标，波浪水面点B是水下探测探测目标实际成像点A经过信号接收装置形成的成像光线AP与波浪水面的交点；
步骤2：由水下探测探测目标实际物点C的坐标，经虚拟的无波浪水面点D及信号接收装置，计算水面无波浪时水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置像平面oxy上对应成的成像点E，则成像点E是水下探测探测目标实际成像点A去除波浪成像畸变影响后的像；其中点D坐标，成像点E坐标，无波浪水面点D是水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置的成像点E的经过信号接收装置形成的成像光线EP与无波浪水面的交点。
实施例二：在实施例一基础上，所述步骤1中计算水下探测探测目标实际物点C 具体过程是：
步骤11：由几何关系易知直线AB的方程为：
（2）
因为B点的Z轴坐标为z1=h+s，根据（1）计算可得，，求出点B坐标，其中，结合设置波浪表面即时函数为，得到波浪表面在波浪水面点B点法线方程为：
（4）
其中，分别为在点B 关于和的偏导数、，其中即时函数是第一光学接收模块获得水下探测目标成像同时，通过第二光学接收模块获得这一时刻的水面波浪表面波形即时函数，h为信号接收装置到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距，x1、y1分别是波浪水面点B的x轴坐标，y轴坐标。
步骤12：设AB与夹角为，折射角为，水的折射率为，由两直线夹角公式及直线AB的方程（2）与法线的方程（4）得到公式（5）计算夹角为，
（5）
在通过公式（6）计算得出折射角为
（6）
设直线BC的斜率方程为（7），其中（m1，n1,1）是直线BC的方向矢量：
（7）
则：
（8）
由于AB、BC、三直线共面，有：
（9）
由式（6）、（8）、（9）可求得、，再由式（7）求出点C坐标。
实施例三：在实施例一或二基础上，所述2中无波浪水面点D的具体过程是：
步:21：由 CD方程为： （10）
设CD与平静水面法线夹角为，则：
（11）
步骤22：设DE方程为：
（12）
设DE与平静水面法线夹角为，则：
（13）
（14）
由于CD、DE、平静水面法线三直线共面，有：
（15）
由式（11）~（15）可以求得、，得出无波浪水面点D。
实施例四：在实施例一至三之一基础上，所述图像采集装置像平面oxy上对应成的成像点E坐标具体过程：
由式（12）可求得成像点E坐标：
， （16）
实施例五:在实施例一至四之一基础上，所述步骤11中波浪表面即时函数的取得过程是：在第三成像透镜处理波浪面成像点时，触发器经过延长后发送触发信号给图像采集装置（选通ICCD摄像机输入端分别与第一光学接收装置、第二光学接收装置连接，所述选通ICCD摄像机输出端于图像处理模块连接）进行选通门的开启，同时经过第二光学接收模块通过雷达三维成像方法或相位法测距获得同一时刻波浪水面波形的即时函数，其中是系统的固有延迟时间。
实施例六：在实施例一基础上，一种去除水下探测目标成像畸变的还原装置包括激光发射模块，用于产生激光信号探测波浪水面及水下探测探测目标；信号接收模块，用于接收水下探测探测目标及水下探测目标对应波浪水面成像点；同步控制电路，用于接收激光发射模块发射的光信号并将其转换为触发电信号；图像采集装置，用于接收同步控制电路的触发信号进行选通门控制并通过信号接收模块接收到的水下探测探测目标成像点及水下探测探测目标对应波浪水面波形即时函数；当触发信号有效时，选通门处于打开状态，当水下探测探测目标或水下探测目标经过波浪水面反射回来的光信号到达图像采集装置时，允许信号光进入图像采集装置；其余时间选通门处于关闭状态，不进行信号采集；图像处理模块，用于对图像采集模块采集信号通过所述还原方法进行处理得到去除水下探测探测目标成像畸形后的水下探测探测目标。
实施例七：在实施例六基础上，激光发射模块包括激光器、第一成像透镜、反射镜，所述激光器发射的激光信号分成两路光信号，其中一路光信号经过第一成像透镜扩束后，经过反射镜后对水下探测探测目标及水下探测探测目标经过波浪水面成像点照明；
实施例八：在实施例六或七基础上，所述同步控制电路包括光电转换器、触发器，所述光电转换器接收激光器发射的另一部分光信号将其转换为电信号，所述电信号经过触发器产生延长时间为的电触发信号去控制图像采集装置选通门的开关，同时经过第三成像透镜利用雷达三维成像方法或相位法测距获得同一时刻波浪水面波形的即时函数；
实施例九：在实施例八基础上，所述光电转换器接收激光器发射的另一部分光信号将其转换为电信号，所述电信号经过触发器产生延长时间为后发送触发信号给图像采集装置进行选通门的开启，同时经过第二成像透镜，采用距离选通成像方法利用图像采集装置获得水下探测探测目标的实际成像。
实施例十：在实施例六至九之一基础上，所述图像采集装置是选通ICCD摄像机，选通ICCD摄像机的选通门开启持续时间后关闭，ds为所需观测的景深，n是水折射率，c是光速。
实施例十一：在实施例六至十基础上，所述信号接收模块包括第一光学接收莫、第二光学接收模块，所述第一光学接收模块是第二成像透镜，所述第二光学接收模块是第三成像透镜，所述第二成像透镜接收水下探测探测目标经过波浪水面的成像点，并在图像采集模块xoy面形成成像面。所述第三成像透镜接收同一时刻接收波浪水面的成像点，在图像采集模块中形成波浪水面成像点。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (7)
1.一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法，其特征在于包括
步骤1：根据图像采集装置xoy像平面获得的水下探测探测目标实际成像的任一个像点A的坐标，以及波浪水面点B点坐标，已知水下探测探测目标所处位置的水深位于z轴的坐标，因而可计算出水下探测探测目标实际成像点A对应的水下探测探测目标实际物点C的坐标，其中设定点A坐标 ，点B坐标，点C坐标，波浪水面点B是水下探测探测目标实际成像点A经过信号接收装置形成的成像光线AP与波浪水面的交点；
步骤2：由水下探测探测目标实际物点C的坐标，经无波浪水面点D及信号接收装置，计算水面无波浪时水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置像平面xoy上对应成的成像点E，则成像点E是水下探测探测目标实际成像点A去除波浪成像畸变影响后的像；其中点D坐标，成像点E坐标，无波浪水面点D是水下探测探测目标实际物点C在图像采集装置的成像点E的经过信号接收装置形成的成像光线EP与无波浪水面的交点，所述步骤1中计算水下探测探测目标实际物点C 具体过程是：
步骤11：由几何关系易知直线AB的方程为：
（2）
因为B点的Z轴坐标为z1=h+s，根据（2）计算可得，,其中，求出B点坐标，结合波浪表面即时函数为，得到波浪表面在波浪水面点B点法线方程为：
（4）
其中，分别为在点B 关于和的偏导数、，其中即时函数是第一光学接收模块获得水下探测目标成像同时，通过第二光学接收模块获得这一时刻的水面波浪表面波形即时函数， s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距，x1、y1分别是波浪水面点B的x轴坐标，y轴坐标；f表示第一光学接收模块的焦距；
步骤12：设AB与夹角为，折射角为，水的折射率为，由两直线夹角公式及直线AB的方程（2）与法线的方程（4）得到公式（5）计算夹角为，
（5）
在通过公式（6）计算得出折射角为
（6）
设直线BC的方程为（7），其中（m1，n1,1）是直线BC的方向矢量：
（7）
则：
（8）
由于AB、BC、三直线共面，有：
（9）
由式（6）、（8）、（9）可求得、，再由式（7）求出点C坐标，其中h为第一光学接收模块或第二光学接收模块到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距，z0为水下探测探测目标距水面的深度，c为光束，所述步骤2中无波浪水面点D的具体过程是：
步骤:21：由 CD方程为： （10）
设CD与平静水面法线夹角为，则：
（11）
步骤22：设DE方程为：
（12）
设DE与平静水面法线夹角为，则：
（13）
（14）
由于CD、DE、平静水面法线三直线共面，有：
（15）
由式（11）~（15）可以求得、，得出无波浪水面点D，其中h为第一光学接收模块或第二光学接收模块到水面的距离，s表示水下目标经过信号接收装置的成像像距，所述图像采集装置像平面xoy上对应成的成像点E坐标具体过程：
由式（12）可求得成像点E坐标：
， （16）。
2.根据权利要求1所述的一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法，其特征在于所述步骤11中波浪表面即时函数的取得过程是：在第三成像透镜处理波浪面成像点时，触发器经过延长后发送触发信号给图像采集装置控制选通门开启，同时经过第二光学接收模块通过雷达三维成像方法或相位法测距获得同一时刻波浪水面波形的即时函数，其中是固有延迟时间。
3.根据权利要求1所述的一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法的还原装置，其特征在于包括
激光发射模块，用于产生激光信号探测波浪水面及水下探测探测目标；
信号接收模块，用于接收水下探测探测目标及水下探测目标对应波浪水面成像点；
同步控制电路，用于接收激光发射模块发射的光信号并将其转换为触发电信号；
图像采集装置，用于接收同步控制电路的触发信号进行选通门控制并通过信号接收模块接收到的水下探测探测目标成像点及水下探测探测目标对应波浪水面波形即时函数；当触发信号有效时，选通门处于打开状态，当水下探测探测目标或水下探测目标经过波浪水面反射回来的光信号到达图像采集装置时，允许信号光进入图像采集装置；其余时间选通门处于关闭状态，不进行信号采集；
图像处理模块，用于对图像采集模块采集信号通过所述还原方法进行处理得到去除水下探测探测目标成像畸形后的水下探测探测目标。
4.根据权利要求3所述的一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法的还原装置，其特征在于所述激光发射模块包括激光器、第一成像透镜、反射镜，所述激光器发射的激光信号分成两路光信号，其中一路光信号经过第一成像透镜扩束后，经过反射镜后对水下探测探测目标及水下探测探测目标经过的波浪水面进行照明。
5.根据权利要求3所述的一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法的还原装置，其特征在于所述同步控制电路包括光电转换器、触发器，所述光电转换器接收激光器发射的另一部分光信号将其转换为电信号，所述电信号经过触发器产生延长时间为的电触发信号去控制图像采集装置选通门的开关，同时经过第三成像透镜利用雷达三维成像方法或相位法测距获得同一时刻波浪水面波形的即时函数，其中是固有延迟时间。
6.根据权利要求5所述的一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法的还原装置，其特征在于所述光电转换器接收激光器发射的另一部分光信号将其转换为电信号，所述电信号经过触发器产生延长时间为后发送电触发信号给图像采集装置进行选通门的开启，同时经过第二成像透镜，采用距离选通成像方法利用图像采集装置获得水下探测探测目标的实际成像。
7. 根据权利要求3所述的一种去除水下探测目标成像畸变的还原方法的还原装置，其特征在于所述图像采集装置是选通ICCD摄像机，选通ICCD摄像机的选通门开启持续时间后关闭，ds为所需观测的景深。
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| 前向散射对激光水下成像的影响;钟森城等;《强激光与粒子束》;20120131;第24卷(第1期);61-64 * |
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