CN114509780B - 一种测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置及方法，装置包括：激光测距模块、纳秒级脉冲光源、扩束照明模块、时延预校准模块、快照式偏振成像探测器、时间同步控制电路、图像预处理及传输电路和计算机终端；所述装置包括时间延迟预校准工作模式和激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式两种工作模式，通过时间延迟预校准工作模式使得本发明能够适用于未知水域和工况；通过激光测距激发实现动态目标定位，通过长距离选通和偏振探测模块实现快照式清晰成像，解决目标光前向散射造成的模糊问题；本发明具有陌生水域自校准功能，具有水下非合作动态目标快速单帧成像能力，能够应用于海洋资源探测、水下军事目标探测等领域。

Description

一种测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置及 方法

技术领域

本发明属于水下光电成像技术领域，具体涉及一种测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置及方法。

背景技术

对于水下主动照明光电成像技术来说，光在水中传播会受到吸收和散射作用的影响。其中吸收作用主要使得被测光强度整体下降，而散射作用则使得光源发出的光向各个方向发生弥散。水中的杂质对光的后向散射作用会把照明光叠加到图像中，影响成像的动态范围和信噪比，而杂质对光的前向散射作用会使得光偏离原始的传播方向，造成光线弥散，使得成像模糊不清。水对光的吸收作用一定程度上可以通过提高光源强度的方式弥补，而散射作用的强弱与成像距离有关，距离越远散射作用越强，成像质量越差且成像距离更短。因此解决散射带来的问题，提高成像质量和探测距离是水下光学成像探测成像技术的核心问题，对海洋资源探测与开发和海洋遥感探测等民用领域，以及鱼雷探测和潜艇侦查等军事领域都具有重要的意义。

目前有很多种类的距离选通成像方法和装置用于解决浑浊介质中成像模糊不清的问题，这些方法通过精确得控制成像时间门限来去除水体的后向散射光和目标反射光前向散射形成的蛇形光，只保留直线弹道光，进而获得清晰的图像。

这些技术采用的选通门包括飞秒级超快光快门(如克尔门)、亚微秒级快速电快门(如ICCD探测器)以及微秒级电快门多次成像再进行时间序列差分实现距离选通。但是以上几种方案在水下成像探测使用中存在一些问题，特别是对于水下动态目标成像来说，基本很难实现。飞秒超快光快门方案优点在于光触发多次测量稳定性高，选通距离分辨率可达毫米级甚至更低，但是也具有设备体积庞大，成本高，选通距离太小不适合水下长距离成像的问题。基于ICCD等高速摄像器件的距离选通成像技术可实现性较强，选通距离通常在厘米和分米级，是水下距离选通的最主要方案，但是该技术的成本较高，空间分辨率低，实用性有待进一步完善。基于普通探测器的时间序列差分式距离选通成像具有成本低，空间分辨率高的优点，但是成像实时性差，对于运动目标成像效果较差。上述所有方法都是“距离带通”这种距离选通成像方案，它们虽然能够精确得分离弹道光，但是由于弹道光通常占比极低，所以光强非常弱，图像信噪比低且很难获得。较窄的“距离带通”门限在对未知目标、陌生水域及移动目标进行成像时，很难精确得确定时间门的起始时间点，对水下动态目标成像探测应用造成了困难。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置及方法，具有陌生水域自校准功能和动态目标成像能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置，包括激光测距模块、纳秒级脉冲光源、扩束照明模块、时延预校准模块、快照式偏振成像探测器、时间同步控制电路、图像预处理及传输电路和计算机终端；

所述激光测距模块作为选通起始距离的测量模块，激光测距模块进行扫描测距，其测得的距离返回到时间同步控制电路与预校准的时间延迟一起构成成像模式下的纳秒级脉冲光源与快照式偏振成像探测器的延迟控制信号；

所述快照式偏振成像探测器为偏振成像探测系统，用于获得每一帧图像内每一点的斯托克斯参量信息，并发送到图像预处理及传输电路进行基于偏振信息的水下图像增强处理后送回计算机终端，为目标探测和识别提供原始图像数据；

所述快照式偏振成像探测器采用成像探测器和偏振滤光模块构成；

所述纳秒级脉冲光源和扩束照明模块为成像探测的光源系统部分；所述纳秒级脉冲光源为脉冲宽度在亚纳米至纳米级别的高功率脉冲激光器，所述扩束照明模块用于将纳秒级脉冲光源扩束到较大的区域；

所述时间同步控制电路为激光测距模块、纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器的触发信号发生模块以及时延计算模块；

所述时延预校准模块为内部光路，由具有一个可充满水的作为光传播路径的空腔和两个反射镜组成，由反射镜控制脉冲激光进入内部预校准光路，时延预校准模块连接在纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器之间；

所述图像预处理及传输电路内部固化偏振图像去噪声和目标对比度增强算法，用于对所获得的偏振图像进行预处理，给后面的计算机终端提供高质量的目标探测识别图像源。

进一步，所述激光测距模块包括窄带脉冲激光器、电控扫描振镜、探测器及控制电路。

进一步，所述纳秒级脉冲光源脉冲宽度在0.1-10纳米之间或低于0.1纳米。

一种测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像方法，包括时间延迟预校准工作模式和激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式，时间延迟预校准工作模式为内部光路，激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式为外部光路，两种工作模式的切换由时延预校准模块反射镜来控制光路切换；

时间延迟预校准工作模式；

通过反射镜将发出的脉冲光反射到纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器之间的空腔中，最后通过反射镜由快照式偏振成像探测器进行探测，通过时延预校准模块对时间延迟进行扫描，得到确定针对当前工况的基础延迟时间和当前成像水域的光传输速度，进而针对当前工况和水域生成确定的纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器的控制时延；

激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式：

当激光测距模块返回目标距离之后，根据时延预校准功能提供的基础时延和折射率信息，计算出光到达当前目标位置并反射到探测器所需要的总延时时间，时间同步控制电路首先发出纳秒级脉冲光源控制信号，并在计算出的延迟时间之后发出快照式偏振成像探测器控制信号，快照式偏振成像探测器快门打开并进行曝光完成偏振成像探测；完成探测后开始进行下一次激光测距扫描并重复进行成像工作。

进一步，时间延迟预校准工作模式包括如下步骤：

步骤1.1：开启纳秒级脉冲光源与快照式偏振成像探测器的时间延迟预校准功能，反射镜将照明光路和探测光路切换至预校准光路；

步骤1.2：纳秒级脉冲光源发出脉冲光入射到空腔中，经过反射镜在空腔内经过两个反射镜的多次反射，使得最终光在空腔中传播固定距离L，最终进入快照式偏振成像探测器；

步骤1.3：时间同步控制电路以空气中的预校准时延t₀为基准，以t₀为起始时间，以装置时延预校准模块最高时间分辨率Δt为时间间隔，进行递增扫描；即向纳秒级脉冲光源发送启动信号后，经一定时延之后向快照式偏振成像探测器发送启动信号，若初始测量未测得信号，进入步骤1.4，若测得信号，进入步骤1.5；

步骤1.4：将延迟时间以间隔Δt递减，直到出现信号，继续扫描直到延时为t时，此时继续扫描测得的信号与上一时刻相同，记录t为新的基准信号延迟时间，校准结束；若扫描到足够短的阈值时间仍无信号，报错；

步骤1.5：再进行t₀+Δt时延测量，若此次测量与上一次测量信号相同，跳至步骤1.6若此次测量比上一次测量信号减小，则开始递减扫描，直到延时为t时，此时继续扫描测得的信号与上一时刻相同，返回延迟时间t，校准结束；若扫描到足够短的阈值时间仍无信号，报错；

步骤1.6：以间隔Δt递增，持续扫描，直到从t时刻起，后续扫描得到的光强度开始下降，则记录t为新的基准信号延迟时间，校准结束；若扫描到足够长的时间阈值仍无结果，报错。

进一步，激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式包括如下步骤：

步骤2.1：在装置入水前，在空气中开启时间延迟预校准功能，将返回的时间参数记为t₁；

步骤2.2：装置入水后，多次反射校准光路区域会充满水，再次启用时间延迟预校准功能，将返回的时间参数记录为t₂；

步骤2.3：计算固定延时水下光传输速度/>其中c为空气中的光速；

步骤2.4：开启激光测距触发式距离选通偏振成像功能，反射镜将照明光路和探测光路切换至成像光路；

步骤2.5：开启激光测距功能，激光测距模块以高重频发射脉冲激光扫描振镜不停扫描前方不同角度的区域，若无返回信号，则重复此步骤，直到返回测距信号，得到目标距离L₁；该步骤可人工终止；

步骤2.6：发出纳秒级脉冲光源开启信号，纳秒级脉冲光源发出脉冲激光；

步骤2.7：在延迟时间后发出快照式偏振成像探测器触发信号，电子快门打开；快照式偏振成像探测器获取偏振图像S0(x,y)、S1(x,y)、S2(x,y)及S3(x,y)并通过传输电路传给计算机终端；或者只获取S0(x,y)、S1(x,y)及S2(x,y)线偏振图像或其它形式偏振图像，具体由快照式偏振成像探测器的功能及偏振成像增强算法决定；

步骤2.8：以当前扫描点为起始点，进行下一次激光测距触发并重复步骤2.5至步骤2.7直到系统给出停止信号。

本发明具有以下有益效果：

本发明的装置包括时间延迟预校准工作模式和激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式两种工作模式；通过时间延迟预校准工作模式在每次仪器使用之前进行预校准，来确定激光器和快照式偏振成像探测器的控制时延以及当前水域的传输速度；开启纳秒级脉冲光源与快照式偏振成像探测器的时间延迟预校准功能，该功能可以增强该发明的工作稳定性，消除仪器设备更换零部件或线缆等带来的影响，增强不同水域不同水质情况的探测稳定性；使得本发明能够适用于未知水域和工况。

所述发明激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式通过激光测距结合时延预校准实现精确延迟计算；通过激光测距激发实现动态目标定位，通过长距离选通和偏振探测模块实现快照式清晰成像，通过延迟控制实现长距离选通成像，保留目标反射回的所有光，在抑制水体后向散射的同时能够提升图像强度，降低对探测器的弱光响应能力和快门时间要求，可使用普通CCD或CMOS进行成像；通过使用扩束器照明并进行长距离选通，本发明可以实现大视场深景深成像；通过快照式偏振成像探测模块获得图像偏振信息，进而通过偏振信息解耦合方法分离目标光和前向散射光，解决目标光前向散射造成的模糊问题。本发明具有陌生水域自校准功能，具有水下非合作动态目标快速单帧成像能力且具有成本低体积小等优点，能够应用于海洋资源探测、水下军事目标探测等领域。

本发明的激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式摒弃“距离带通”成像模式，采用“长距离通”成像模式，排除了水体后向散射光的影响，将目标返回的光全部收集起来，包括目标反射的弹道光和蛇形光。再通过快照式偏振成像探测器获得目标反射光的偏振信息，利用偏振信息将弹道光和蛇形光进行解耦合，解决目标反射光的前向散射带来的图像模糊问题，最终获取目标的清晰图像。该方法能够获取信噪比较高的图像，因为滤除的光分量较少，所以对于探测器的弱光相应能力要求不高，因此成本低，通用性更强。

本发明的测量原理使得系统可以采用纳秒激光器作为光源，纳秒级脉冲光源为脉冲宽度在亚纳米至纳米级别的高功率脉冲激光器，只要保证了脉冲宽度和单脉冲能量，该激光器无需高重复频率，只需达到动态成像级别的重复频率即可，大大降低了光源体积和成本及散热快等优点。

设置扩束照明模块将脉冲激光的照明范围进行扩大，使得单次目标探测范围扩大，能够呈现更大视场的图像，弥补距离选通成像范围小的问题。该光源为系统两种工作模式共用的光源，保证预校准模式的结果对成像模式可靠有效。

附图说明

图1装置结构原理示意图

图2时延校准流程图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置，包括激光测距模块、纳秒级脉冲光源、扩束照明模块、时延预校准模块、快照式偏振成像探测器、时间同步控制电路、图像预处理及传输电路和计算机终端。

所述激光测距模块作为选通起始距离的测量模块，测距激发为针对未知目标探测情况下选通起始距离不确定的问题，激光测距模块包括窄带脉冲激光器，电控扫描振镜、探测器及控制电路。激光测距模块高重频低功率发射，只进行测距不进行照明，其测得的距离返回到时间同步控制电路，与预校准的时间延迟一起构成成像模式下的纳秒级脉冲光源与快照式偏振成像探测器的延迟。激光测距模块以扫描方式在前方大角度范围内进行高速扫描测距，当测量到有目标时，返回当前测距值到时间同步控制电路，用于生成延迟控制信号。

所述快照式偏振成像探测器为一种偏振成像探测系统，它可以在一帧图像内获得图像内每一点的斯托克斯参量信息，包括四个斯托克斯参量S0，S1，S2和S3(或者只获得S0，S1和S2三个线偏振斯托克斯参量)，并发送到图像预处理及传输电路进行基于偏振信息的水下图像增强处理后送回计算机终端，为目标探测和识别提供原始图像数据。

快照式偏振成像探测器通常采用传统成像探测器加装偏振滤光模块的形式获取。它可以通过使用微纳线栅偏振器型分焦平面探测器实现(如Sony MZR250芯片或同功能成像芯片)，或通过超表面微透镜偏振成像方法实现，或通过棱镜型分孔径偏振成像或其它能够同时获得偏振参量图像的其它方法和探测器。本发明不限制快照式偏振成像探测器的快门时间，不需要采用ICCD等具有超快电快门的探测器，任意全局快门型的CCD或CMOS或其它类型的成像探测器均可以使用。

所述纳秒级脉冲光源和扩束照明模块为成像探测的光源系统部分。所述纳秒级脉冲光源为脉冲宽度在亚纳米至纳米级别的高功率脉冲激光器，脉冲宽度在0.1-10纳米之间。所述扩束照明模块可将纳秒级脉冲光源扩束到一定的范围，照亮一个较大的区域，使得单次目标探测范围扩大，能够呈现更大面积的图像。该方法与距离选通的小视场浅景深不同，因其为长距离选通成像，可以实现大视场深景深的成像应用。本发明装置亦可选用脉宽低于0.1纳米的脉冲激光器，其效果是完全相同的，只是因为前述成本体积等原因，示例中选择了纳秒级脉冲激光器。

所述时间同步控制电路为激光测距模块、纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器的触发信号发生模块以及时延计算模块。它本身具有高精度和高稳定度的时间信号分辨率，它是本发明进行测距激发式距离选通偏振成像探测的核心控制单元。

所述的时延预校准模块为内部光路，可由反射镜控制脉冲激光进入内部预校准光路。由反射镜控制在预校准模式和成像模式中切换，该模块具有一个可充满水的作为光传播路径的空腔和两个反射镜组成，光在其中传输固定的行程，可以进行时延的校准和水下光速的校准。在空气中或入水后，都可以让光在其中传输，进而获得纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器的启动时延数据和当前水域的光传输速度数据用于后续精确成像探测。该模块连接纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器，保证时延预校准与动态成像功能的硬件一致性。

所述图像预处理及传输电路内部固化偏振图像去噪声和目标对比度增强算法，用于对所获得的偏振图像进行预处理，给后面的计算机终端提供高质量的目标探测识别图像源。由于偏振图像数据量远大于普通图像，所以需要高带宽的快速处理电路实现。

本发明测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置具有两种工作模式：

1、时间延迟预校准工作模式；

工作模式1针对不同水域不同工况下水体折射率差及电子元器件内部时延差异导致的时延计算不准确的问题，提供每次设备使用前的在线时延校准。通过反射镜将发出的脉冲光反射到纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器之间的空腔中(在水中时会充满水)，最后通过反射镜由快照式偏振成像探测器进行探测。通过时延预校准模块对时间延迟进行扫描，可以得到确定的针对当前工况的基础延迟时间和当前成像水域的光传输速度，进而针对当前工况和水域生成确定的纳秒级脉冲光源与快照式偏振成像探测器的控制时延。

2、激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式。

工作模式2针对传统“距离带通”成像技术探测光强度低、一次成像范围小、位置目标距离选通门起始和终止位置选择难等问题，提出了一种“长距离通”工作模式。该模式不需要高速电子快门成像器件，可以使得成本和体积大大降低。当激光测距模块返回目标距离之后，根据时延预校准功能提供的基础时延和折射率信息，计算出光到达当前目标位置并反射到探测器所需要的总延时时间(通常为纳秒级)。时间同步控制电路首先发出纳秒级脉冲光源控制信号，并在计算出的延迟时间之后发出快照式偏振成像探测器控制信号，快照式偏振成像探测器快门打开并进行曝光(曝光时间通常为微秒级)，完成偏振成像探测。完成探测后开始进行下一次激光测距扫描并重复进行成像工作。

两种工作模式的切换由电控反射镜来控制光路切换，工作模式1为内部光路，工作模式2为外部光路。

所述发明工作模式2的创新贡献在于摒弃“距离带通”成像模式，采用“长距离通”成像模式，排除了水体后向散射光的影响，将目标返回的光全部收集起来，包括目标反射的弹道光和蛇形光。再通过快照式偏振成像探测器获得目标反射光的偏振信息，利用偏振信息将弹道光和蛇形光进行解耦合，解决目标反射光的前向散射带来的图像模糊问题，最终获取目标的清晰图像。该方法能够获取信噪比较高的图像，因为滤除的光分量较少，所以对于探测器的弱光相应能力要求不高，因此成本低，通用性更强。

如图2所示，时间延迟预校准工作模式具体实施方式如下：

步骤1：开启纳秒级脉冲光源与快照式偏振成像探测器的时间延迟预校准功能，反射镜将照明光路和探测光路切换至预校准光路。预校准光路为一段固定长度的空腔，腔体两边为反射镜和窗口构成。

步骤2：纳秒级脉冲光源发出脉冲光，光以一个小角度入射到空腔中，经过反射镜在空腔内经过两个反射镜的多次反射，使得最终光在空腔中传播一段足够长的固定距离L，最终进入快照式偏振成像探测器。

步骤3：时间同步控制电路以空气中的预校准时延t₀(纯水中校准光路中距离选通成像光源和探测器开启信号的延迟量)为基准，以t₀为起始时间，以装置时延预校准模块最高时间分辨率Δt为时间间隔，进行递增或递减扫描。即向纳秒级脉冲光源发送启动信号后，经一定时延之后向快照式偏振成像探测器发送启动信号。若初始测量未测得信号，进入步骤4，若测得信号，进入步骤5。

步骤4：将延迟时间以间隔Δt递减，直到出现信号，继续扫描，直到延时为t时，此时继续扫描测得的信号与上一时刻相同，记录t为新的基准信号延迟时间，校准结束。若扫描到足够短的阈值时间仍无信号，报错。

步骤5：再进行t₀+Δt时延测量。若此次测量与上一次测量信号相同，跳至步骤6.若此次测量比上一次测量信号减小，则开始进行递减扫描，直到延时为t时，此时继续扫描测得的信号与上一时刻相同，返回延迟时间t。若扫描到足够短的阈值时间仍无信号，报错。

步骤6：以间隔Δt递增，持续扫描，直到从t时刻起，后续扫描得到的光强度开始下降，则记录t为新的基准信号延迟时间。若扫描到足够长的时间阈值仍无结果，报错。

激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式具体实施方式如下：

步骤1：在装置入水前，在空气中开启时间延迟预校准功能，将返回的时间参数记为t₁。

步骤2：装置入水后，多次反射校准光路区域会充满水，再次启用时间延迟预校准功能，将返回的时间参数记录为t₂。

步骤3：计算固定延时水下光传输速度/>其中c为空气中的光速。

步骤4：开启激光测距触发式距离选通偏振成像功能，反射镜将照明光路和探测光路切换至成像光路。

步骤5：开启激光测距功能，激光测距模块以高重频发射脉冲激光(具体取决于振镜频率)，扫描振镜不停扫描前方不同角度的区域，若无返回信号，则重复此步骤，直到返回测距信号，得到目标距离L₁。

步骤6：发出纳秒级脉冲光源开启信号，纳秒级脉冲光源发出脉冲激光。

步骤7：在延迟时间后发出快照式偏振成像探测器触发信号，电子快门打开。快照式偏振成像探测器获取偏振图像S0(x,y)、S1(x,y)、S2(x,y)及S3(x,y)(若为线快照式偏振成像探测器，则只获得S0(x,y)，S1(x,y)和S2(x,y))，并通过传输电路传给计算机终端。

步骤8：以当前扫描点为起始点，进行下一次激光测距触发并重复步骤5至步骤7直到系统给出停止信号。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置，其特征在于：包括激光测距模块、纳秒级脉冲光源、扩束照明模块、时延预校准模块、快照式偏振成像探测器、时间同步控制电路、图像预处理及传输电路和计算机终端；

所述激光测距模块作为选通起始距离的测量模块，激光测距模块进行扫描测距，其测得的距离返回到时间同步控制电路与预校准的时间延迟一起构成成像模式下的纳秒级脉冲光源与快照式偏振成像探测器的延迟控制信号；

所述快照式偏振成像探测器为偏振成像探测系统，用于获得每一帧图像内每一点的斯托克斯参量信息，并发送到图像预处理及传输电路进行基于偏振信息的水下图像增强处理后送回计算机终端，为目标探测和识别提供原始图像数据；

所述快照式偏振成像探测器采用成像探测器和偏振滤光模块构成；

所述纳秒级脉冲光源和扩束照明模块为成像探测的光源系统部分；所述纳秒级脉冲光源为脉冲宽度在亚纳米至纳米级别的高功率脉冲激光器，所述扩束照明模块用于将纳秒级脉冲光源扩束到较大的区域；

所述时间同步控制电路为激光测距模块、纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器的触发信号发生模块以及时延计算模块；

所述时延预校准模块为内部光路，由具有一个可充满水的作为光传播路径的空腔和两个反射镜组成，由反射镜控制脉冲激光进入内部预校准光路，时延预校准模块连接在纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器之间；

所述图像预处理及传输电路内部固化偏振图像去噪声和目标对比度增强算法，用于对所获得的偏振图像进行预处理，给后面的计算机终端提供高质量的目标探测识别图像源。

2.如权利要求1所述的测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置，其特征在于：所述激光测距模块包括窄带脉冲激光器、电控扫描振镜、探测器及控制电路。

3.如权利要求1所述的测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像装置，其特征在于：所述纳秒级脉冲光源脉冲宽度在0.1-10纳米之间或低于0.1纳米。

4.一种基于如权利要求1所述成像装置的测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像方法，其特征在于：包括时间延迟预校准工作模式和激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式，时间延迟预校准工作模式为内部光路，激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式为外部光路，两种工作模式的切换由时延预校准模块反射镜来控制光路切换；

时间延迟预校准工作模式；

通过反射镜将发出的脉冲光反射到纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器之间的空腔中，最后通过反射镜由快照式偏振成像探测器进行探测，通过时延预校准模块对时间延迟进行扫描，得到确定针对当前工况的基础延迟时间和当前成像水域的光传输速度，进而针对当前工况和水域生成确定的纳秒级脉冲光源和快照式偏振成像探测器的控制时延；

激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式：

当激光测距模块返回目标距离之后，根据时延预校准功能提供的基础时延和折射率信息，计算出光到达当前目标位置并反射到探测器所需要的总延时时间，时间同步控制电路首先发出纳秒级脉冲光源控制信号，并在计算出的延迟时间之后发出快照式偏振成像探测器控制信号，快照式偏振成像探测器快门打开并进行曝光完成偏振成像探测；完成探测后开始进行下一次激光测距扫描并重复进行成像工作。

5.如权利要求4所述的成像装置的测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像方法，其特征在于时间延迟预校准工作模式包括如下步骤：

步骤1.1：开启纳秒级脉冲光源与快照式偏振成像探测器的时间延迟预校准功能，反射镜将照明光路和探测光路切换至预校准光路；

步骤1.2：纳秒级脉冲光源发出脉冲光入射到空腔中，经过反射镜在空腔内经过两个反射镜的多次反射，使得最终光在空腔中传播固定距离L，最终进入快照式偏振成像探测器；

步骤1.3：时间同步控制电路以空气中的预校准时延t₀为基准，以t₀为起始时间，以装置时延预校准模块最高时间分辨率Δt为时间间隔，进行递增扫描；即向纳秒级脉冲光源发送启动信号后，经一定时延之后向快照式偏振成像探测器发送启动信号，若初始测量未测得信号，进入步骤1.4，若测得信号，进入步骤1.5；

步骤1.4：将延迟时间以间隔Δt递减，直到出现信号，继续扫描直到延时为t时，此时继续扫描测得的信号与上一时刻相同，记录t为新的基准信号延迟时间，校准结束；若扫描到足够短的阈值时间仍无信号，报错；

步骤1.5：再进行t₀+Δt时延测量，若此次测量与上一次测量信号相同，跳至步骤1.6若此次测量比上一次测量信号减小，则进行递减扫描，直到延时为t时，此时继续扫描测得的信号与上一时刻相同，返回延迟时间t，校准结束；若扫描到足够短的阈值时间仍无信号，报错；

步骤1.6：以间隔Δt递增，持续扫描，直到从t时刻起，后续扫描得到的光强度开始下降，则记录t为新的基准信号延迟时间，校准结束；若扫描到足够长的时间阈值仍无结果，报错。

6.如权利要求4所述的成像装置的测距激发式水下动态目标长距离选通偏振成像方法，其特征在于激光测距激发式距离选通偏振成像工作模式包括如下步骤：

步骤2.1：在装置入水前，在空气中开启时间延迟预校准功能，将返回的时间参数记为t₁；

步骤2.2：装置入水后，多次反射校准光路区域会充满水，再次启用时间延迟预校准功能，将返回的时间参数记录为t₂；

步骤2.3：计算固定延时水下光传输速度/>其中c为空气中的光速；

步骤2.4：开启激光测距触发式距离选通偏振成像功能，反射镜将照明光路和探测光路切换至成像光路；

步骤2.5：开启激光测距功能，激光测距模块以高重频发射脉冲激光，扫描振镜不停扫描前方不同角度的区域，若无返回信号，则重复步骤2.5，直到返回测距信号，得到目标距离L₁；此过程可手动终止；

步骤2.6：发出纳秒级脉冲光源开启信号，纳秒级脉冲光源发出脉冲激光；

步骤2.7：在延迟时间后发出快照式偏振成像探测器触发信号，电子快门打开；快照式偏振成像探测器获取偏振图像S0(x,y)、S1(x,y)、S2(x,y)及S3(x,y)并通过传输电路传给计算机终端；或者只获取S0(x,y)、S1(x,y)及S2(x,y)线偏振图像或其它形式偏振图像，具体由快照式偏振成像探测器的功能及偏振成像增强算法决定；

步骤2.8：以当前扫描点为起始点，进行下一次激光测距触发并重复步骤2.5至步骤2.7直到系统给出停止信号。