CN107421720A - 一种水下后向散射传递函数的光学测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，包括水箱体、光学***、第一图像传感器和第二图像传感器，其中，所述水箱体内依次设置有吸光装置和悬浮颗粒，所述光学***设置于水箱体外，接收成像目标接收光照后经过悬浮颗粒形成的后向散射，所述第一图像传感器和第二图像传感器安装于光学***的光轴上，接收不同焦面位置的图像，根据第一图像传感器和第二图像传感器同步采集后向散射的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射的光学传递函数。本发明利用后向散射在光学***中的传递函数不是随机变化的特点，可以为水下光学***的研制提供准确稳定的光学参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种水下后向散射传递函数的光学测试装置及方法。
背景技术
后向散射是制约水下光学成像作用距离的主要因素。然而由于散射的随机性，导致后向散射的光学特性难以提取，水下凝视光学成像质量难以提高。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种水下后向散射传递函数的光学测试装置及方法，本发明通过测试后向散射在光学***中的传递函数，获取准确、稳定的光学参数，为水下高性能光学成像***的研制提供数据支持。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，包括水箱体、光学***、第一图像传感器和第二图像传感器，其中，所述水箱体内依次设置有吸光装置和悬浮颗粒，所述光学***设置于水箱体外，接收成像目标接收光照后经过悬浮颗粒形成的后向散射，所述第一图像传感器和第二图像传感器安装于光学***的光轴上，采集不同焦面位置的图像，根据第一图像传感器和第二图像传感器同步采集后向散射的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射的光学传递函数。
进一步的，所述第一图像传感器和第二图像传感器相对于光学***的等效光路存在轴向间距。
进一步的，所述轴向间距Δf满足
其中，λ为照明光的中心波长，NA为像方数值孔径。
进一步的，光照由光源发出，且该光源的照射角度可调。
光源发射的照明光照射到水箱体中的散射粒子发生前向散射和后向散射，其中前向散射和剩余的照明光被吸光装置所接收。
进一步的，后向散射进入光学***，经过分光板被分为两束，一束成像于第一图像传感器，另一束成像于第二图像传感器。
所述散射粒子悬浮于水箱体的液体中。
所述吸光装置安装于水箱体的一侧，用于吸收额外的杂光。
第一图像传感器和第二图像传感器与控制器通信，控制器将后向散射Nb作为成像目标，离焦距离为f像面的后向散射像Ub为：
其中，*为卷积运算，P为光学***的点扩散函数，x,y为像方笛卡尔坐标系，r,为物方极坐标系，f为离焦量。离焦距离为f+Δf像面的后向散射像Ub'为：
后向散射在轴向间距为Δf两个像面间的传递函数为：
为傅里叶变换。
一种水下后向散射传递函数的光学测试方法，光学***接收散射粒子的后向散射，采集光学***不同焦面位置的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射的光学传递函数。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过测试后向散射在光学***中的传递函数，获取准确、稳定的光学参数，为水下高性能光学成像***的研制提供数据支持，同时本发明具有低成本、高精度的优点，适用范围广泛，能够为水下光学***的研制提供准确稳定的光学参数。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的光学测试装置示意图；
图2为本发明的图像采集装置示意图；
图中：1、吸光装置，2、散射粒子，3、水箱体，4、光学***，5、第一图像传感器，6、分光板，7、第二图像传感器，8、光源，9、等效光路轴向间距。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在现有技术无法克服散射的随机性，导致后向散射的光学特性难以提取，水下光学成像质量难以提高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种水下后向散射传递函数的光学测试装置与方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，水下后向散射传递函数的光学测试装置由吸光装置1、散射粒子2、水箱体3、光学***4、第一图像传感器5、分光板6、第二图像传感器7、光源8组成。
散射粒子2悬浮于水箱体3的液体中，光源8照射散射粒子2用以产生后向散射。
吸光装置1安装于水箱体3的一侧，用于吸收额外的杂光，而光学***4、第一图像传感器5、分光板6、第二图像传感器7构成后向散射光的采集装置，后向散射光的采集装置与光源8安装于水箱体3的另一侧。吸光装置采用阵列锥形结构，材料具有良好的吸光特性(低反射率)。
第一图像传感器5和第二图像传感器7被安装于光学***4的光轴上，用以采集光学***4的焦面位置的图像，第一图像传感器5和第二图像传感器7相对于光学***4的等效光路具有轴向间距9。对于光学***4，要求其有足够的后截距能够安装好两个图像传感器和分光器。
光源8发射的照明光照射到水箱体3中的散射粒子发生前向散射和后向散射，其中前向散射和剩余的照明光被吸光装置1所接收，而后向散射穿过水箱体3，进入光学***4，后向散射经过分光板6被分为两束，一束成像于第一图像传感器5，另一束成像于第二图像传感器7。
第一图像传感器5和第二图像传感器7同步采集后向散射的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射在光学成像***中的光学传递函数。
将后向散射Nb作为成像目标，离焦距离为f像面的后向散射像Ub为：
其中，*为卷积运算，P为光学***的点扩散函数，x,y为像方笛卡尔坐标系，r,为物方极坐标系，f为离焦量。离焦距离为f+Δf像面的后向散射像Ub'为：
其中，λ为照明光的中心波长，NA为像方数值孔径。后向散射在轴向间距为Δf两个像面间的传递函数为：
为傅里叶变换。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：包括水箱体、光学***、第一图像传感器和第二图像传感器，其中，所述水箱体内依次设置有吸光装置和悬浮颗粒，所述光学***设置于水箱体外，接收成像目标接收光照后经过悬浮颗粒形成的后向散射，所述第一图像传感器和第二图像传感器安装于光学***的光轴上，接收不同焦面位置的图像，根据第一图像传感器和第二图像传感器同步采集后向散射的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射的光学传递函数。
2.如权利要求1所述的一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：所述第一图像传感器和第二图像传感器相对于光学***的等效光路存在轴向间距。
3.如权利要求2所述的一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：所述轴向间距Δf满足
其中，λ为照明光的中心波长，NA为像方数值孔径。
4.如权利要求1所述的一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：光照由光源发出，且该光源的照射角度可调。
5.如权利要求4所述的一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：光源发射的照明光照射到水箱体中的散射粒子发生前向散射和后向散射，其中前向散射和剩余的照明光被吸光装置所接收。
6.如权利要求1所述的一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：后向散射进入光学***，经过分光板被分为两束，一束成像于第一图像传感器，另一束成像于第二图像传感器。
7.如权利要求1所述的一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：所述散射粒子悬浮于水箱体的液体中。
8.如权利要求1所述的一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：所述吸光装置安装于水箱体的一侧，用于吸收额外的杂光。
9.如权利要求1所述的一种水下后向散射传递函数的光学测试装置，其特征是：
第一图像传感器和第二图像传感器与控制器通信，控制器将后向散射Nb作为成像目标，离焦距离为f像面的后向散射像Ub为：
其中，*为卷积运算，P为光学***的点扩散函数，x,y为像方笛卡尔坐标系，r, 为物方极坐标系，f为离焦量；离焦距离为f+Δf像面的后向散射像Ub'为：
后向散射在轴向间距为Δf两个像面间的传递函数为：
为傅里叶变换。
10.一种水下后向散射传递函数的光学测试方法，其特征是：光学***接收散射粒子的后向散射，采集光学***不同焦面位置的图像，通过分析二者图像之间的差异，获取后向散射的光学传递函数。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109506767A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-22 | 西北工业大学 | 一种对水下入侵目标引起声场异常的实时检测方法 |
| CN114486196A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光学传递函数测量仪 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101813558A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-08-25 | 苏州大学 | 一种测量光学***调制传递函数的装置及方法 |
| CN102735429A (zh) * | 2012-06-13 | 2012-10-17 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于ccd调制传递函数测试的设备及其测试方法 |
| JP5641178B2 (ja) * | 2009-07-17 | 2014-12-17 | 日本電信電話株式会社 | 光リフレクトメトリ測定方法及び光リフレクトメトリ測定装置 |
| CN104330245A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-02-04 | 大连海事大学 | 一种波前编码成像***焦面位置测试方法与装置 |
| US20150054675A1 (en) * | 2013-08-26 | 2015-02-26 | Kapsch Trafficcom Ag | Methods and systems for determining a range rate for a backscatter transponder |
-
2017
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5641178B2 (ja) * | 2009-07-17 | 2014-12-17 | 日本電信電話株式会社 | 光リフレクトメトリ測定方法及び光リフレクトメトリ測定装置 |
| CN101813558A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-08-25 | 苏州大学 | 一种测量光学***调制传递函数的装置及方法 |
| CN102735429A (zh) * | 2012-06-13 | 2012-10-17 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于ccd调制传递函数测试的设备及其测试方法 |
| US20150054675A1 (en) * | 2013-08-26 | 2015-02-26 | Kapsch Trafficcom Ag | Methods and systems for determining a range rate for a backscatter transponder |
| CN104330245A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-02-04 | 大连海事大学 | 一种波前编码成像***焦面位置测试方法与装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109506767A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-22 | 西北工业大学 | 一种对水下入侵目标引起声场异常的实时检测方法 |
| CN109506767B (zh) * | 2018-10-24 | 2020-12-08 | 西北工业大学 | 一种对水下入侵目标引起声场异常的实时检测方法 |
| CN114486196A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光学传递函数测量仪 |
| CN114486196B (zh) * | 2022-01-27 | 2022-11-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光学传递函数测量仪 |
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