CN209460409U - 一种水下激光成像侦察设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下激光成像侦察设备，包括超声换能器、声纳电子控制单元、高重频固体蓝绿激光器、激光照明模块驱动与控制单元、发射光学天线、接收光学系统、距离选通像增强器、成像CCD、距离选通成像驱动与控制单元、高精度通同步控制单元、中央处理单元、电源管理单元、图像处理单元、图像存储与显示单元和供电单元；本实用新型可实时获取目标距离，根据距离自动选通成像，通过准连续高重频激光器和高重频窄快门曝光选通成像模式，大大减小设备体积和重量，充分发挥距离选通成像技术在水下光电成像领域应用的一种水下成像设备。

Description

一种水下激光成像侦察设备

技术领域

本实用新型涉及一种成像设备，尤其是涉及一种基于距离选通的水下激光成像装置。

背景技术

目前水下激光成像主要有声学探测和光电探测两种。声学探测成像空间分辨力低，而光电成像由于分辨能力高成为水下侦察的必要装备。由于光线在水中随传输路径快速衰减，使得水下光电成像需要辅助照明，同时，辅助照明光的后向散射严重影响水下光电成像系统作用距离，使得人眼直接观察与传统的连续照明光电成像的有效作用距离较短。

由于光在水中传输的衰减和后向散射是限制水下光电成像系统作用距离的主要因素，因此，减小后向散射及提高图像对比度成为水下光电成像技术研究的重点。目前水下光电成像技术可分为：距离选通成像技术、激光同步线扫描技术、结构光成像技术、调制/解调去除散射光技术、偏振区分技术和多视角图像构造技术。其中距离选通成像技术是目前水下运载平台最有效的光电成像技术之一。

现有的水下距离选通成像技术基本是利用脉冲激光器和选通像增强器完成目标成像，以激光脉冲发射时刻为起点，目标与设备的距离（即激光在成像器件与目标之间的传输时间为延时时间）为参考，精确控制选通像增强器的开启时间，使由被目标反射回来的激光脉冲刚好在选通像增强器的开启时间内到达并成像。如果选通脉冲宽度和激光脉冲宽度都很窄，则只有目标附近的反射光才能到达选通像增强器并成像，传输路径上的大部分后向散射光被隔离，从而可大大减小后向散射光的影响，提高系统的探测和识别距离。目前国内水下距离选通成像技术主要还处于试验室阶段，未见有成熟产品的公开报道，且由于采用的是脉冲激光器，体积大、重量重。另外，现有水下距离选通成像的成像距离的选取主要依靠上位机的参数设置，无法根据可疑目标实时距离自动选取成像区域。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的体积大、重量重，同时无法在水下实时获取目标距离实现自动距离选通成像等技术问题；提供一种可以实时获取目标距离，根据距离自动选通成像，通过不同体制成像模式，从而大大减小设备体积和重量，充分发挥距离选通成像技术在水下光电成像领域应用的水下激光成像侦察设备。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种水下激光成像侦察设备，基于距离选通，包括一个实时获取水下目标距离的声纳传感器，利用工作频率为百kHz、波束角约10°～15°的多波束超声波传感器完成水下目标的实时距离测量，受综合控制器控制配合距离选通成像模块协同工作；一个高重频工作的蓝绿激光照明模块，按照约10°～15°的光束发散角发射十kHz级高重频、纳秒级窄脉宽的蓝绿激光，受综合控制器控制，与声纳传感器一起配合距离选通成像模块协同工作；一个按高重频与超短快门曝光的距离选通成像模块，按照与激光照明模块相同的频率、纳秒级快门曝光，并对高重频输出进行图像叠加后输出标准Pal模拟或数字视频；一个综合控制器，控制声纳传感器、激光照明模块和距离选通成像模块协同工作，实时获取目标距离信息，并根据距离信息和激光照明模块的出光时刻精确控制距离选通成像模块选通快门的开启；对上述距离选通成像模块输出的视频信息进行处理并显示的图像处理存储与显控单元以及分别连接声纳传感器、激光照明模块、距离选通成像模块和综合控制器的设备供电单元。其中距离选通成像模块所需的距离由声纳传感器按Hz频率实时获取，准连续蓝绿激光器发射高重频激光，距离选通成像模块根据蓝绿激光器出光时刻及声纳传感器获取的实时距离对目标进行高重频与纳秒级窄快门曝光。

所述的一种水下激光成像侦察设备，其声纳传感器由超声换能器和声纳电子控制单元组成。

所述的一种水下激光成像侦察设备，其激光照明模块包括激光照明模块驱动与控制单元、高重频固体蓝绿激光器和发射光学天线。发射光学天线用来将激光器输出的光束进行准直，使光束发散角与声纳传感器的波束角、成像CCD8的视场角匹配。

所述的一种水下激光成像侦察设备，其距离选通成像模块包括接收光学系统、距离选通像增强器、成像CCD和距离选通成像驱动与控制单元。

所述的一种水下激光成像侦察设备，其综合控制器包括高精度通同步控制单元、中央处理单元和电源管理单元。

所述的一种水下激光成像侦察设备，其图像处理存储与显示单元包括图像处理单元和图像存储与显示单元。图像处理单元接收距离选通成像驱动与控制单元输出的视频信息，对图像进行各种图像增强、灰度拉升等算法处理、并将声纳传感器获取的目标距离、各模块状态进行字符叠。

本实用新型具有如下优点：1，设计合理，结构简单，体积小、重量轻，且完全实用；2，可实时精确测量水下可疑目标距离，自动完成距离选通成像侦察，有效抑制水体后向散射对成像系统探测距离和图像分辨的影响，充分距离选通成像技术的优势。

附图说明

图1是本实用新型的系统功能组成示意图；

图2是本实用新型的系统构成示意图。

各附图标记为：1—超声换能器，2—声纳电子控制单元，3—激光器，4—激光照明模块驱动与控制单元，5—发射光学天线，6—接收光学系统，7—距离选通像增强器，8—成像CCD，9—距离选通成像驱动与控制单元，10—高精度通同步控制单元，11—中央处理单元，12—电源管理单元，13—图像处理单元，14—图像存储与显示单元，15—供电单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

如图1所示，本实用新型的一种基于距离选通的水下激光成像侦察设备，包括

一个实时获取水下目标距离的声纳传感器，利用工作频率为百kHz、波束角约10°～15°的多波束超声波传感器完成水下目标的实时距离测量，受综合控制器控制配合距离选通成像模块协同工作：接收综合控制器的指令，按照一定角度发射超声波，并探测接收可疑目标反射的回波信号，通过测量发射波和反射波之间的时间差来计算目标距离，并将距离信息发送给综合控制器。

一个高重频工作的蓝绿激光照明模块，按照约10°～15°的光束发散角发射十kHz级高重频、纳秒级窄脉宽的蓝绿激光，受综合控制器控制，与声纳传感器一起配合距离选通成像模块协同工作：接收综合控制器的指令，按照一定角度发射高重频蓝绿激光，并通过光电采样实现激光起始时刻的精确测量，并传送给综合控制器。

一个按高重频与超短快门曝光的距离选通成像模块，按照与激光照明模块相同的频率、纳秒级快门曝光，并对高重频输出进行图像叠加后输出标准Pal模拟或数字视频：接收目标反射的微弱光信号，并根据综合控制器的控制信号，高频率开通和关闭选通快门，利用内部元件的积分特性对高频率快门短时间开通时间内的图像信息进行叠加，最终进行图像采集与处理后按显示帧频实时输出。

一个综合控制器，控制声纳传感器、激光照明模块和距离选通成像模块协同工作，实时获取目标距离信息，并根据距离信息和激光照明模块的出光时刻精确控制距离选通成像模块选通快门的开启：控制根据声纳传感器获取的目标距离，计算激光从起始时刻到激光信号由目标返回至像增强器所需的时间，精确控制距离选通成像像传感器的选通门开启时刻，选通门连续开启一段时间之后自动关闭。

一个对上述距离选通成像模块输出的视频信息进行处理并显示的图像处理存储与显控单元:接收距离选通成像传感器输出的视频信息，对图像进行各种图像增强、灰度拉升等算法处理、并将声纳传感器获取的目标距离、各模块状态进行字符叠。

以及分别连接声纳传感器、激光照明模块、距离选通成像模块和综合控制器的设备供电单元15。

其中距离选通成像模块所需的距离由声纳传感器按Hz频率实时获取，准连续蓝绿激光器发射高重频激光，距离选通成像模块根据蓝绿激光器出光时刻及声纳传感器获取的实时距离对目标进行高重频与纳秒级窄快门曝光。

本水下激光成像侦察设备工作时，设备首先利用声纳传感器快速实时测量水下可疑目标的距离，并将目标距离发送给控制单元，控制单元根据声纳传感器获取目标距离信息。

同时打开激光照明模块，并利用光电二极管对照明模块输出的激光进行主波采样，作为选通像增强器选通门延迟时间精确控制的起始时刻。

控制单元根据目标距离，计算激光从起始时刻到由目标返回至成像模块所需的时间，控制单元中的高精度同步控制模块通过低抖动、小延时时序电路精确控制距离选通成像模块的选通门开启时刻，选通门连续开启一段时间之后自动关闭。

利用成像器件的积分特性对目标反射的准连续脉冲激光进行能量叠加提高信号的信噪比，最终完成水下可疑目标的距离选通成像，并完成图像的实时显示与视频存储。

如图2所示，进一步的技术方案包括超声换能器1、声纳电子控制单元2、高重频固体蓝绿激光器3、激光照明模块驱动与控制单元4、发射光学天线5、接收光学系统6、距离选通像增强器7、成像CCD 8、距离选通成像驱动与控制单元9、高精度通同步控制单元10、中央处理单元11、电源管理单元12、图像处理单元13、图像存储与显示单元14和供电单元15。其中发射光学天线5用来将激光器3输出的光束进行准直，使光束发散角与声纳传感器的波束角、成像CCD 8的视场角匹配；图像处理单元13接收距离选通成像驱动与控制单元9输出的视频信息，对图像进行各种图像增强、灰度拉升等算法处理、并将声纳传感器获取的目标距离、各模块状态进行字符叠。

尽管本文较多地使用了超声换能器1、声纳电子控制单元2、高重频固体蓝绿激光器3、激光照明模块驱动与控制单元4、发射光学天线5、接收光学系统6、距离选通像增强器7、成像CCD 8等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种水下激光成像侦察设备，其特征在于：包括

一个实时获取水下目标距离的声纳传感器，利用工作频率为百kHz、波束角约10°～15°的多波束超声波传感器完成水下目标的实时距离测量，受综合控制器控制配合距离选通成像模块协同工作；

一个高重频工作的蓝绿激光照明模块，按照约10°～15°的光束发散角发射十kHz级高重频、纳秒级窄脉宽的蓝绿激光，受综合控制器控制，与声纳传感器一起配合距离选通成像模块协同工作；

一个按高重频与超短快门曝光的距离选通成像模块，按照与激光照明模块相同的频率、纳秒级快门曝光，并对高重频输出进行图像叠加后输出标准Pal模拟或数字视频；

一个综合控制器，控制声纳传感器、激光照明模块和距离选通成像模块协同工作，实时获取目标距离信息，并根据距离信息和激光照明模块的出光时刻精确控制距离选通成像模块选通快门的开启；

对上述距离选通成像模块输出的视频信息进行处理并显示的图像处理存储与显控单元以及分别连接声纳传感器、激光照明模块、距离选通成像模块和综合控制器的设备供电单元（15）。

2.根据权利要求1所述的一种水下激光成像侦察设备，其特征在于，所述的声纳传感器由超声换能器（1）和声纳电子控制单元（2）组成。

3.根据权利要求1所述的一种水下激光成像侦察设备，其特征在于，所述的激光照明模块包括激光照明模块驱动与控制单元（4）、激光器（3）和发射光学天线（5）。

4.根据权利要求1所述的一种水下激光成像侦察设备，其特征在于，所述的距离选通成像模块包括接收光学系统（6）、像增强器（7）、成像CCD（8）和距离选通成像驱动与控制单元（9）。

5.根据权利要求1所述的一种水下激光成像侦察设备，其特征在于，所述的综合控制器包括高精度通同步控制单元（10）、中央处理单元（11）和电源管理单元（12）。

6.根据权利要求1所述的一种水下激光成像侦察设备，其特征在于，所述的图像处理存储与显示单元包括图像处理单元（13）和图像存储与显示单元（14）。