CN104539920A - 一种水下电视系统视频彩色成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下电视系统视频彩色成像系统。它由组成水下光源、偏振调制部分和图像采集及处理部分组成。半导体激光器发出的激光经过起偏器后变成线偏振光，经过液晶相位延迟器后，可以得到可以调节的不同状态的偏振光；然后经过扩束器后可以保证入射光完全打到目标物体上。上面所说的液晶相位延迟器是通过改变液晶片两端的电压来改变液晶分子的方向，通过控制两端的电压可以快速且精准的得到不同偏振态的偏振光。物体反射回来的反射光经过液晶相位调制器2后由CCD拍摄，从而得到物体的灰度图像。通过本发明得到的图像更清晰，分辨率更高。

Description

一种水下电视系统视频彩色成像系统

技术领域：

本发明涉及水下成像领域，具体涉及一种水下电视系统视频彩色成像系统。

背景技术：

在油田的的开发生产中，测井是通过井筒采集地层信息最多、覆盖面最广、采集密度最大、最能实时反映地层条件下各项参数的技术，是检测静态和动态含油饱和度的主要手段。随着勘探和开发更复杂更隐蔽的油气藏的发展，对测井也提出了要求，如薄层、薄互层、裂缝性储层低孔隙渗透层、复杂岩性的评价。尤其我国绝大多数油田为陆相沉积油田，藏油非均质严重，天然能量不足，采用注水方式开采的储量占总储量的85％以上。经过几十年的开发生产，注水方式开采油田的地质条件变得越来越复杂，加之频繁的油水井措施和修井施工以及井身结构、固井质量、套管材质与腐蚀等诸多因素的影响，是井套管技术状况变得越来越差，仅胜利油田每年新增套管变形、穿孔、破裂等套损井近400口油田大量套损井的存在，严重影响了油田生产的正常进行，制约了油田高效开发。这都要求测井从方法理论到测量技术有更新的发展。

成像测井就是与此相适应发展起来的一种新型的测井技术。它可以提供大量的物理信息，以此为基础给出分辨率高、可靠地二维或三维目的的层的物理参数图像，可用来研究各种非均匀非线性问题，评价油、气产层和其他勘探开发问题。

先前技术缺点：水下电视摄像系统是海洋开发与海上作业及石油、水利等部门的必备设备。水下电视摄像系统的主要特点有：低照度性能好，市场大，图像清晰，动态范围宽，体积小，重量轻，功耗低，坚固耐用，操作方便。但是由于不同波长在水体中衰减情况不同，通常认为沿岸海水的光谱透射窗口(即在此波段，光在海水中的衰减最小，透射最大)为0.520μm，体积衰减系数约为0.2～0.6m-1，其衰减长度约为1.2～5m。大洋清洁水的光谱透射窗口为0.480μm，体积衰减系数约为0.05m-1，其衰减长度约为20m。即当光线在水中传播一段距离后，除了透射窗口波长外，其他颜色的光线都被滤掉，这剩下波段很小的近单色光。它们所成的像都是单色图像，没有色彩，不利于人眼识别目标。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水下电视系统视频彩色成像系统。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种水下电视系统视频彩色成像系统，它由组成水下光源、偏振调制部分和图像采集及处理部分组成；

水下光源：包括半导体激光器、扩束器、起偏器和检偏器组成，主要作用是照明；

偏振调制部分：主要是采用液晶相位延迟器组成，主要作用是控制入射光和反射光的偏振状态；

图像采集部分：主要作用是拍得物体在不同偏振光照射下的图像；

系统工作原理：半导体激光器发出的激光经过起偏器后变成线偏振光，经过液晶相位延迟器后，可以得到可以调节的不同状态的偏振光；然后经过扩束器后可以保证入射光完全打到目标物体上。上面所说的液晶相位延迟器是通过改变液晶片两端的电压来改变液晶分子的方向，通过控制两端的电压可以快速且精准的得到不同偏振态的偏振光。物体反射回来的反射光经过液晶相位调制器2后由CCD拍摄，从而得到物体的灰度图像。

进一步的，所述的液晶相位延迟器通过改变液晶片两端的电压来改变液晶分子的方向，通过控制两端的电压得到不同偏振态的偏振光；物体反射回来的反射光经过液晶相位调制器后由CCD拍摄，从而得到物体的灰度图像。

本发明的一种水下电视系统视频彩色成像系统的成像方法：

(1)采用倍频后的Nd:YAG激光器作为照明光源，激光经过起偏器产生线偏振光，偏振光经过液晶相位调制器1后，经扩束系统，使目标恰好被全部照亮，先调节入射光路中的液晶相位调制器1，分别获得水平线偏振光，45度线偏振光、竖直线偏振光，然后在每种偏振光下，调节接受光路中的液晶相位调制器2，分别获取快轴为0度、45度和9度的图像；目标的反射或散射光由CCD相机探测；

采用以上方法，分别取偏振方向为0°、45°、90°的3幅不同的图像；

(2)在得到了三幅图像后，得到3个联立方程:

I＝I(0°)+I(90°)

Q＝I(0°)-I(90°)

U＝2I(45°)-I(0°)-I(90°)

计算后可得： $P=\frac{\sqrt{Q^2+U^2+V^2}}{I}$

偏振方位角θ为

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\arctan (U/Q)$

其中P、θ分别为灰度图像；将其分别带入HSV颜色空间，将I、P、θ的值分别对应到H、S、V分量，可得到一幅全新彩色图像。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：通过本发明得到的图像更清晰，分辨率更高。

附图说明：

图1为是本发明的结构原理图。

图2为未经图像处理的水下硬币的P图像图。

图3为未经图像处理的水下硬币的图像图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为是本发明的结构原理图。一种水下电视系统视频彩色成像系统，它由组成水下光源、偏振调制部分和图像采集及处理部分组成；

水下光源：包括半导体激光器、扩束器、起偏器和检偏器组成，主要作用是照明；

偏振调制部分：主要是采用液晶相位延迟器组成，主要作用是控制入射光和反射光的偏振状态；

图像采集部分：主要作用是拍得物体在不同偏振光照射下的图像。

系统工作原理：半导体激光器发出的激光经过起偏器后变成线偏振光，经过液晶相位延迟器后，可以得到可以调节的不同状态的偏振光；然后经过扩束器后可以保证入射光完全打到目标物体上。上面所说的液晶相位延迟器是通过改变液晶片两端的电压来改变液晶分子的方向，通过控制两端的电压可以快速且精准的得到不同偏振态的偏振光。物体反射回来的反射光经过液晶相位调制器2后由CCD拍摄，从而得到物体的灰度图像。

进一步的，所述的液晶相位延迟器通过改变液晶片两端的电压来改变液晶分子的方向，通过控制两端的电压得到不同偏振态的偏振光；物体反射回来的反射光经过液晶相位调制器后由CCD拍摄，从而得到物体的灰度图像。

本发明的一种水下电视系统视频彩色成像系统的成像方法：

(1)采用倍频后的Nd:YAG激光器作为照明光源，激光经过起偏器产生线偏振光，偏振光经过液晶相位调制器1后，经扩束系统，使目标恰好被全部照亮，先调节入射光路中的液晶相位调制器1，分别获得水平线偏振光，45度线偏振光、竖直线偏振光，然后在每种偏振光下，调节接受光路中的液晶相位调制器2，分别获取快轴为0度、45度和9度的图像；目标的反射或散射光由CCD相机探测；

采用以上方法，分别取偏振方向为0°、45°、90°的3幅不同的图像。

(2)在得到了三幅图像后，得到3个联立方程:

I＝I(0°)+I(90°)

Q＝I(0°)-I(90°)

U＝2I(45°)-I(0°)-I(90°)

计算后可得偏振度为：

$P=\frac{\sqrt{Q^2+U^2+V^2}}{I}$

偏振方位角θ为

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\arctan (U/Q)$

其中P、θ分别为灰度图像；将其分别带入HSV颜色空间，将I、P、θ的值分别对应到H、S、V分量，可得到一幅全新彩色图像。其中HSV(Hue,Saturation,Value)是根据颜色的直观特性由A.R.Smith在1978年创建的一种颜色空间，这个模型中颜色的参数分别是：色调(H)，饱和度(S)，亮度(V)。本发明中把处理后获得的光强I、偏振度P、和偏振角θ的值分别带入该模型中的色调(H)，饱和度(S)，亮度(V)分量，将三幅灰度图像转化为HSV图像，可得到一幅全新的彩色图像。

图2为处理后的水中的一分钱硬币偏振度图像，图像3为处理后的水中的一分钱硬币偏振角图像。实践证明，通过本发明得到的彩色图像提高了对比度，更容易实现水中物体的识别。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水下电视系统视频彩色成像系统，其特征在于，它由组成水下光源、偏振调制部分和图像采集及处理部分组成；

水下光源：包括半导体激光器、扩束器、起偏器和检偏器组成，主要作用是照明；

偏振调制部分：主要是采用液晶相位延迟器组成，主要作用是控制入射光和反射光的偏振状态；

图像采集部分：主要作用是拍得物体在不同偏振光照射下的图像；

系统工作原理：半导体激光器发出的激光经过起偏器后变成线偏振光，经过液晶相位延迟器后，可以得到可以调节的不同状态的偏振光；然后经过扩束器后可以保证入射光完全打到目标物体上。上面所说的液晶相位延迟器是通过改变液晶片两端的电压来改变液晶分子的方向，通过控制两端的电压可以快速且精准的得到不同偏振态的偏振光。物体反射回来的反射光经过液晶相位调制器2后由CCD拍摄，从而得到物体的灰度图像。

2.如权利要求1所述的一种水下电视系统视频彩色成像系统，其特征在于，所述的液晶相位延迟器通过改变液晶片两端的电压来改变液晶分子的方向，通过控制两端的电压得到不同偏振态的偏振光；物体反射回来的反射光经过液晶相位调制器后由CCD拍摄，从而得到物体的灰度图像。

3.如权利要求1所述的水下电视系统视频彩色成像系统，其成像方法是：

(1)采用倍频后的Nd:YAG激光器作为照明光源，激光经过起偏器产生线偏振光，偏振光经过液晶相位调制器1后，经扩束系统，使目标恰好被全部照亮，先调节入射光路中的液晶相位调制器1，分别获得水平线偏振光，45度线偏振光、竖直线偏振光，然后在每种偏振光下，调节接受光路中的液晶相位调制器2，分别获取快轴为0度、45度和9度的图像；目标的反射或散射光由CCD相机探测；

采用以上方法，分别取偏振方向为0°、45°、90°的3幅不同的图像；

(2)在得到了三幅图像后，得到3个联立方程:

I＝I(0°)+I(90°)

Q＝I(0°)-I(90°)

U＝2I(45°)-I(0°)-I(90°)

计算后可得：

$P=\frac{\sqrt{Q^2+U^2+V^2}}{I}$

偏振方位角θ为

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\arctan (U/Q)$

其中P、θ分别为灰度图像；将其分别带入HSV颜色空间，将I、P、θ的值分别对应到H、S、V分量，可得到一幅全新彩色图像。