CN203444122U - 一种水下高光谱成像系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水下高光谱成像系统。当前使用的窄带滤色式高光谱成像仪需要进行分光，削弱了输入光强。本实用新型在水下潜器底部设置有激光测距仪、宽带光源和宽带滤色片相机，宽带光源用于对被探测的深海海底区域进行照明，宽带滤色片相机对海底表面进行拍摄，激光测距仪用于测定海底与水下潜器的距离；数据处理器将所拍摄所得到图像中的每个像素点的彩色通道响应值映射到高光谱空间中，并根据事先得到的海水衰减系数对因为水体造成的光谱损失进行补偿，从而得到海底表面的光谱图像。本实用新型将高光谱成像系统集成在在水下潜器上对海底进行资源勘探和目标识别，得到海底地物的详细光谱特征，有利于对地物进行光谱分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及到一种水下高光谱成像系统，主要用于水下资源勘探、水下目标识别及海底生物颜色判断。
背景技术
目前探测海洋油气资源的方法主要有地震勘探、重力勘探、电法勘探、磁力勘探、地球化学勘探和钻探法，与陆地上的资源勘探方法相类似。在陆地上运用较为成熟的高光谱成像法，能够较方便地利用光谱特征来分析研究地物，但目前未能在水下探测领域发挥相应的作用。主要原因在于：水体对电磁波有较大的吸收和干扰，当前使用的窄带滤色式高光谱成像仪需要进行分光，削弱了输入光强；当光谱通道数目较多时，需要通过机械结构更换滤色片，对同一场景多次曝光，这样不仅可能造成系统实时性的下降，也会增加设备的复杂性。
发明内容
为了克服窄带滤色式高光谱成像的以上局限，本实用新型提供一种宽带滤色的解决方案，该系统能利用简单的宽带滤色成像设备，通过反射率重建得到被拍摄物的高光谱信息，并进一步根据需要加以处理分析。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案主要是：本实用新型包括水下潜器、激光测距仪、宽带光源、宽带滤色片相机、数据处理器。水下潜器底部设置有激光测距仪、宽带光源和宽带滤色片相机，所述的宽带光源用于对被探测的深海海底区域进行照明，所述的宽带滤色片相机对海底表面进行拍摄，得到彩色图像，所述的激光测距仪用于测定海底与水下潜器的距离，进而确定光在水中传输的距离；所述的宽带滤色片相机与数据处理器信号连接。
本实用新型的有益效果是：将高光谱成像系统集成在在水下潜器上对海底进行资源勘探和目标识别，比地震法等其他勘探方法更加方便，并且可以得到海底地物的详细光谱特征，有利于对地物进行光谱分析。而与传统窄带滤色高光谱成像系统相比，本实用新型采用的是普通的彩色摄像机，对采集到的光谱原本在能量削弱方面大为改善，整体结构简单、成本低，且易于实现实时观测。
附图说明
图1是整体示意图。
图2是成像原理图。
图3是具体工作流程图。
图1中，1.水下潜器，2.螺旋桨推力装置，3.水下物体，4.激光测距仪，5.人工光源，6.宽带滤色片相机，7.水体，8.数据处理器，9.数据发送装置。
图2中，3.水下物体，4.激光测距仪，5.人工光源，10.人工光源的发射光，11.激光测距仪发出的激光，12.经反射后进入相机的光，13.密封窗口，14.透镜组，15.宽带滤色片，16.CCD（或CMOS），17.数据存储器，18数据处理模块，19通信装置。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型包括水下潜器、激光测距仪、宽带光源、宽带滤色片相机、数据处理器。水下潜器底部设置有激光测距仪、宽带光源和宽带滤色片相机，所述的宽带光源用于对被探测的深海海底区域进行照明，所述的宽带滤色片相机对海底表面进行拍摄，得到彩色图像，所述的激光测距仪用于测定海底与水下潜器的距离，进而确定光在水中传输的距离；所述的宽带滤色片相机与数据处理器信号连接。
以下为其工作过程：
1、高光谱对应表的建立：首先，通过1269张标准munsell色卡获取其标准光照条件下的彩色通道响应信息Y（3×1269矩阵，三通道，1269个色卡，用普通彩色相机摄取）和光谱反射信息R（421×1269矩阵，421个波长点，380～800nm，1269个色卡，用光谱仪摄取）；然后利用奇异值分解的方法对R进行分解： ，根据贡献率提取S矩阵（421×1269）中的主成分，对R进行降维：
，其中
是421×10的矩阵，
是10×1269矩阵；最后利用BP神经网络拟合Y到
的传递函数，取其中的846个色块作为训练集，剩下423个作为验证集，以Y为输入量，
为目标量，隐层20个神经元，以Logistic函数为传递函数，输出层10个神经元，以线性函数为传递函数，训练得一个3×20×10的神经网络结构；最后，将所有个可能的彩色通道响应值组成的矩阵Z（
）通过神经网络得到对应的矩阵A（
），再得到光谱值矩阵R（）：。这样，就得到一张从Z到R的对应表格数据，将其存储在工作系统的数据处理器中，参见图3。
2、安装：将水下照明光源5、激光测距仪4和水下多光谱成像系统（包括宽带滤色片相机6、数据处理器8）置于水体7中的水下潜器1，水下潜器自带有螺旋桨推力装置2，如ROV、AUV或者水下滑翔机的底部，参见图1和图2，其中的数据处理器8又由数据存储器17、数据处理模块18和通信装置19，通信装置19实现组成数据发送装置9的功能，其中的宽带滤色片相机由透镜组14，宽带滤色片15，CCD16（或CMOS）组成，透镜组14前带有密封窗口13。
3、校正：下水前先对海水的光谱衰减系数进行测定，手工设置仪器参数。
4、彩色图像获取：使用水下照明光源对被探测的深海海底区域进行照明，该区域包含有水下物体3，光源的发射光10照射到水下物体3，经反射后进入相机的光12利用水下CCD相机对海底表面进行拍摄，得到彩色图像。
5、反射比重建：根据第1步中所获得的彩色通道响应值与其高光谱信息的对应表格，通过映射查表，将所拍摄图像每个像素点的彩色通道响应值映射到高光谱空间中，就得到了海底物体的高光谱图。
6、水体吸收的光谱补偿：由于水体对光的波长选择性吸收，一方面导致光能量整体降低，另一方面导致光谱发生变化，某些波长的光能被吸收较为严重，而某些波长吸收程度较轻，对光谱的形状产生影响。因此需要对水体的吸收进行光谱补偿。利用激光测距仪发出的激光11测量与海底的距离，根据成像系统的几何参数计算光在水中传输的距离，并根据事先校正得到的衰减系数曲线α(λ)对因为水体造成的光谱损失进行补偿。从而得到较为准确的海底表面的光谱图像。
7、数据传递和通信：将光谱图像发送出去，一方面可以作为进一步分析的基础；另一方面也可以将其映射回色度图像，作为校正后的显示输出。
Claims (1)
1. 一种水下高光谱成像系统，包括水下潜器、激光测距仪、宽带光源、宽带滤色片相机、数据处理器，其特征在于：水下潜器底部设置有激光测距仪、宽带光源和宽带滤色片相机，所述的宽带光源用于对被探测的深海海底区域进行照明，所述的宽带滤色片相机对海底表面进行拍摄，得到彩色图像，所述的激光测距仪用于测定海底与水下潜器的距离，进而确定光在水中传输的距离；所述的宽带滤色片相机与数据处理器信号连接。
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| CN201320272583.4U CN203444122U (zh) | 2013-05-16 | 2013-05-16 | 一种水下高光谱成像系统 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN203444122U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103278861A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-09-04 | 浙江大学 | 水下高光谱成像系统 |
| CN104656093A (zh) * | 2015-02-01 | 2015-05-27 | 浙江大学 | 一种水下激光测距仪及测距方法 |
| RU2615050C2 (ru) * | 2015-06-08 | 2017-04-03 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (АО "ГНИНГИ") | Способ обнаружения подводных ферромагнитных объектов и система для обнаружения подводных ферромагнитных объектов |
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2013
- 2013-05-16 CN CN201320272583.4U patent/CN203444122U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN104656093B (zh) * | 2015-02-01 | 2017-02-01 | 浙江大学 | 一种水下激光测距仪及测距方法 |
| RU2615050C2 (ru) * | 2015-06-08 | 2017-04-03 | Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (АО "ГНИНГИ") | Способ обнаружения подводных ферромагнитных объектов и система для обнаружения подводных ферромагнитных объектов |
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