CN1432822A - 水下激光飞线扫描成像装置及方法 - Google Patents

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水下激光飞线扫描成像装置及方法，是由发射狭窄扇面光束的激光器，光轴距为S0的两个同轴光学多面体，成像物镜及于物镜焦面位置上的光电子图像器件，并由一水密封外壳及其上的两个密封透明窗口包容其中组成。用扇形激光束的激光器件线照明目标，同时由两个同轴光学多面体进行飞线同步扫描，然后通过透镜和具有光能积累效应的光电子图像器件形成图像视频信息的飞线扫描成像方法，使水下激光成像达到小型化、实用化。

Description

水下激光飞线扫描成像装置及方法
本发明属于水下激光成像技术，更具体地说涉及一种水下激光飞线扫描成像装置及方法。
已有的水下激光成像技术中，主要是解决水下激光传输过程中的后向散射问题，(大气中，尤其是雾天气也有后向散射问题)通常采用脉冲激光扩束面照明的距离选通法和连续光点照明的飞点扫描法，这二种方法中通常采用能产生蓝绿波段的固体YAG激光器和氩离子气体激光器。由于这二种激光器件的体积、重量、能耗均太大，因此目前水下激光成像技术尚不能达到小型化、实用化水平。
而近几年发展的半导体泵浦的蓝绿波段连续激光器，实际上它是由输出一系列大小幅度不等的尖脉冲组成—一尖峰效应。利用这一种半导体激光器作开展飞点扫描法来形成的水下激光图像，将形成不稳定麻点状噪声图像，虽然这种激光器比上述脉冲固体YAB激水器和氩离子气体激光器的体积、重量，能耗小，但是仍无法得到实际应用。
本发明的目是提供一种能克服半导体激光器尖峰效应，同时又能克服激光后向散射效应的水下激光飞线扫描成像装置及方法，以达到小型化、实用化目标。
本发明另一目的是提供一种飞点扫描法不易实现的，能产生标准视频信号又能获得均匀图像的激光扫描成像装置。
本发明的技术方案是用发射扇形激光束的激光器件线(形)照明目标，同时由两个同轴光学多面体进行飞线同步扫描，然后通过透镜和具有光能积累效应的光电子图像器件形成图像视频信息的成像方法。
为了便于理解和实施本发明，简述其基本组成和工作原理是有必要的。
如图1，激光器1发射一狭窄扇面光束，通过同步扫描光学多面体2射向视距为D0的目标平面OXY，形成照明线AB照明目标，同时通过同步扫描光学多面体3，物镜4把目标AB成像于物镜4的焦面于光电子图像接收器A’B’上。当同轴同步扫描光学多面体以帧频速度转动时，激光照明线AB平行于OX轴，垂直于Y轴方向飞速移动形成飞线扫描照明整个目标平面OXY。此时由于照明光学多面体2与接收光学多面体3是装在同一根扫描轴上实现同步飞线扫描，因此目标平面上各条被激光线照明的线目标图像始终落在光电子图像器件CCD的A’B’上而CCD又以自己固有的行频进行图像信息元采集。也就是在采集每个象元之前，每个象元已被线激光连续照明了一行周期的时间，若采用具有尖峰效应的激光器进行照明，这段时间将会有很多个激光尖峰的光能在象元上积累，因此目标上各点得到均匀的照明。利用这种激光线照明和具有能量积累效应的光电子图象器件5，就能克服半导体激光器的尖峰效应。
由于同轴同步扫描光学多面体2、3有一定的光轴距S0，则可同时消除了水下的或大气中悬浮粒子后向散射效应。
本发明的装置中由于采用机械电子复合扫描技术，因此可稳定的获得标准激光视频信号。依靠有缆水下机器人(ROV)，无缆水下机器人(AUV)，无缆水下机器人(UUV)和潜水员在水下就可进行海底地形调查和水下工程构件的腐蚀，缺损，裂缝的观测。
下面结合附图进一步说明本发明。
图1水下激光飞线扫描成像装置(LLSLS)及工作原理图。
图2水下激光电视系统。
图3水下激光图像信息处理系统。
本发明有发射狭窄扇面光束的激光器1，光轴距为S0及分别照射目标和接收目标反射图像信息的同轴发射与接收的光学多面体2，3，成像接收物镜4，于物镜焦面位置上的光电子图像器件5，进行光电转换输出图像视频信号，并由一水密封外壳8及其上的两个密封透明窗口6、7包容其中。上述物镜4的位置以尽量靠近接收光面学多面体3，以减小光学口径的尺寸。上述激光器1发射扇形激光照射在光学多面体2上以照明目标，激光器1尽量靠近发射光学多面体2，以不挡住扫描发射激光束为限，发射光学光多面体2的高由垂直发射角a确定，透明窗口6、7在结构上形状相同大小不等，可以在同一平面上也可以在不同平面上，为了减小尺寸透明窗口6、7应分别尽量靠近光学多面体3，2，而光轴距S0的大小根据克服后向散射效应的要求和观测目标精度而定。
设在电动机(图略)转轴上的光学多面体2，3是通常的由玻璃制的光学多面体，如多棱镜。
上述光电子图像器件5应选择具有光能积累效应的面阵CCD器件或摄像管，宜选线阵CCD或带增强器的CCD或摄像管。
本装置9(LLSLS)作为一个基本装置与通用象设备如录像记录器11和电视10显示器相连接，可构成具有标准视频信号的水下激光电视系统12，如图2。
本装置9与图像卡13和计算机14相连，构成水下激光图像信息处理系统15，如图3。
如果说传统的水下激光成像技术中采用飞点扫描法进行图像信息采集，那么本发明可称之谓飞线扫描法，具体说本发明是用扇形激光束的激光器件线(形)照明目标，同时由两个同轴光学多面体进行飞线同步扫描，然后通过透镜和具有光能积累效应的光电子图像器件形成图像视频信息的成像方法。
因此，本装置和方法不但能解决连续激光的尖峰效应，克服水下激光的后向散射效应，还能提供标准视频信号，实现了水下激光成像小型化、实用化的目标，将在海洋工程和军事上有广泛的应用价值，而且本装置同样适于在大气中使用。

Claims (6)

1、水下激光飞线扫描成像装置，其特征在于它有发射狭窄扇面光束的激光器(1)，光轴距为S0的同轴发射与接收的光学多面体(2)，(3)，成像接收物镜(4)，于物镜焦面位置上的光电子图像器件(5)，并由一水密封外壳(8)及其上的两个密封透明窗口(6)、(7)包容其中。
2、如权利要求1所述的装置，其特征是光电子图像器件(5)应选择具有光能积累效应的面阵CCD器件或摄像管。
3、如权利要求1或2所述的装置，其特征是光电子图像器件(5)宜选线阵CCD或带增强器的CCD或摄像管。
4、本装置9(LLSLS)与通用象设备如录像记录器(11)和电视(10)显示器相连接，可组成具有标准视频信号的水下激光电视系统(12)。
5、本装置9与图像卡(13)和计算机(14)相连，组成水下激光图像信息处理系统(15)。
6、水下激光飞线扫描成像方法：用扇形激光束的激光器件线照明目标，同时由两个同轴光学多面体进行飞线同步扫描，然后通过透镜和具有光能积累效应的光电子图像器件形成图像视频信息的成像方法。
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