CN1705896A - 海底成像*** - Google Patents

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Abstract

本发明是一种海底成像***，稍微沉入，就能够显现出海底或几百米深的湖泊底场景，分辨率可信，也同样适用于其他水域的底部成像，比如湖泊、河流或沼泽，以及透过其他大气浑浊媒介成像，诸如烟、云、雾等。

Description

说明书 海底成像***
背景技术
现在很大一部分海底成像是通过直接潜入与相应船只连接的摄像机和照明设备来完成的。
然而，这种技术只能探测有限的范围，如果想探测更大范围，就必须拖曳摄象机和照明设备，或在船只或舰艇快速变换位置的同时拉起照相机和照明设备，是很不方便的。
另一方面，其他可用***，例如声纳，在有限深度下没有作用。另外，与其脉冲频率相关的长波波长限制了可达到的分辨率。
发明内容
本项发明***提供了查看水域(海、湖、等)底部的完善方法，分辨率大，探测广阔区域也十分简易，只需潜入很少的深度，一米或更少，就能捕获很深处的海底图象。浅度潜入简化了它的拖曳工作和快速位移下对收拉的灵活性要求。此外，可以根据探测深度采取不同的恰当方法以在任何时候获得最优分辨率。
根据发明，本***基于高增益探测器和窄带激光照明的组合操作，至少包括下列元件：
—一个脉冲光源，在海水中光衰减尽可能最小的理想激光。成束发射的短持续光脉冲在特定位置部分被反射。
—一个导向***和/或光脉冲束瞄准***，优选由电流测定镜或光电探测器或声光探测器组成。
—至少一个反射光探测器，探测由海底反射的光脉冲。探测器优选由一个固态摄象机构成，在光反射回来的时候，其内部产生与此反射光脉冲时间特征相似的电流脉冲。
—一个光学装置，耦合到探测器上，作为加强器和/或封锁器选择性接收射向它的光，只在确切时刻让光通过以避免不希望的来自介质的反向散射光进入探测器。通过这种选择性封锁/加强装置，在光脉冲从光源发出到反射回探测器所需的相同时间内阻止射向探测器的光通过，从而得以区分来自希望成像的物体的反射光与反向散射光。
该装置设想由一个具有选通性能的增强器构成，通过可在0％-100％之间变化的光电阴极的极化的正向或逆向(循环周期性关系)，选择性地阻止光通过探测器。也可以有选择地附加一个增强管进行级联以扩展***操作范围。
电子探测***和同步***，其将所发射和所探测的光脉冲的能量进行比较，提供用于导向光束以及估算脉冲回程所需时间的信息，以避免不希望的散射光通过增强器到达探测器。
—一个对接收信息的电子收审***，在监视器上的可视图象产生器。
这样，通过瞄准***导向完成光脉冲束的二维扫描，与探测器、光路选择性封锁/加强器相结合，并由电子探测同步***控制，可以连续得到来自底部每一点的光的信息，经过受审***审查后在监视器上生成底部的照度分布平面图象，与常规电视***所获得的类似。
附图说明
图1/1以图解的形式展示了发明的***。
具体实施方式
本发明***包括激光源1，该激光源在海水衰减最小的光谱范围内作业，并且发射出短持续的脉冲束，方向由瞄准***2确定，瞄准***2基于电流测定镜，它们未在瞄准***2图中显示。
沿着瞄准线8向海底11投射后，反射出光的一部分朝向光学装置5通向探测器4的选择性光路加强器/封锁器。
装置5运用只在底部反射光直接到达的时刻允许光通过，并在脉冲自光源1传播到物体11到反射回来所需时间内保持闭合状态的方法，区分反射光与由介质产生的反向散射光。
当反射光到达时，探测器产生与接收到的反射光特征相似的电脉冲，这是在装置4内部产生的由低噪音冲击离子化的过程，预先于它的读出增殖由串行存储器照明产生的光生电荷。
光脉冲发射和装置5开放的瞬间是由电子探测同步***3控制。同样，所获信息由收审***6电子审核以在监视器7上产生二维图象。
如探测器4可优选地使用固态摄象机CMOS或CCD。这样，加强器5就将具有光电阴极极化的主动选通控制能力。
加强器也将包括一个微通道板，图中未显示，其极化压力可通过手动或自动调节以控制***的光学增益。此加强器可为第二或第三代加强器，但***的最灵敏度应处于绿-蓝区。
光源应优选地使用二极管抽运固态激光器。激光束的衍射需最低以使给定光强度可达到的深度和分辨率最大化。也设想使用发射尽可能接近个体的M2参数高斯激光，比如二极管抽运腔内转换红外激光器，或倍频或自倍频红外激光器，在钕离子三倍电离(Nd3+)或镱离子三倍电离(Yb3+)的激光波道4F3/2-＞4I11/2或4F3/2-＞4I13/2内进行操作。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种用于海底成像的***，至少包括：扩展或集中光束形式的脉冲光源；光脉冲导向和瞄准***；反射光脉冲探测器；光学***，耦合至所述探测器，选择性光路增强/快门装置；电子探测和同步***；电子处理***，产生可在监视器上显示的图像。
2.根据权利要求1，所述海底成像***在使用集中光束的情况下，所用探测器以连续形式接收来自场景的信息，通过光脉冲影响下的场景的同步二维扫描或取样，在每一瞬间或标记下探测器接收来自整个场景的一部分的综合照明。
3.根据权利要求1，所述海底成像***在使用扩展光束的情况下，所用探测器基于在探测前在其上聚焦一个图像的单个探测器的二维阵列。
4.根据权利要求1，所述海底成像***将使用的一个或多个探测器置于海水中。
5.根据权利要求1，所述海底成像***在扩展光束照明的情况下，图像的选择性增强和/或快门装置由图像增强管构成，以用于集成或合成到探测器本身。
6.根据权利要求3，所述海底成像***的探测器由固态CCD或CMOS电视摄像机组成。
7.根据权利要求5和6，所述海底成像***中所述图像增强管与摄像机的耦合由光学***完成。
8.根据权利要求5和6，所述海底成像***中所述图像增强管通过灵敏元件的电子轰击耦合至所述摄像机上，由此将增强器和摄像机合成为同一单个装置。
9.根据权利要求5，所述海底成像***的图像选择性增强器/快门装置基于发明的增强器/快门装置中的光电阴极极化转换实现瞬时开窗。
10.根据权利要求1，所述海底成像***的图像选择性增强器/快门装置实现瞬时开窗，通过控制光电阴极极化转换的周期性关系或探测器的快门装置以实现在宽范围照明中作业，包括白昼光下。
11.根据权利要求5和6，在极低的照明水平下操作的CCD或CMOS摄像机可替换海底成像***的增强器-摄像机组。
12.根据权利要求6和11，CCD或CMOS摄像机包括多个探测器或多个传感器，其中在储存于串行寄存器的输出电信号生成前，其光生电荷通过负荷载体雪崩或离子碰撞在探测器本身得到放大。
13.根据权利要求1，所述海底成像***的脉冲照明光源是激光源。
14.根据权利要求13，所述海底成像***中所述激光***视在可视光谱的蓝-绿区域内操作，对应于海水中的光衰减最小的固态激光***。
15.根据权利要求13，所述海底成像***中所述激光***基于由稀土离子产生的激光初级震荡和通过激光半导体二极管的放射撞击，并且通过非线性光学材料被转换成更适于所述***操作的另一频率。
16.根据权利要求9、10和13，所述海底成像***的照明激光源以脉冲模式，并与图像增强器/快门装置的瞬时开窗同步，以选择深度范围和探测器接收反射光的距离。
17.根据权利要求2，所述海底成像***使用的探测器是光电倍增管。
18.根据权利要求2，所述海底成像***使用的探测器是雪崩光电二极管。
19.根据权利要求3，所述***所使用的探测器不包括图像增强器元件，是由CMOS或CCD技术支持的常规电视摄象机构成的。
20.根据权利要求2，所述海底成像***的扫描***通过光电或声光元件完成扫描。
21.根据权利要求2，所述海底成像***的探测器在每一瞬间都向扫描***照亮的点或区域聚焦。

Claims (22)

1.一种用于海底成像的***，至少包括：集中光束中的脉冲光源；所述脉冲光束的瞄准和聚焦***；探测器，用于探测从所述光脉冲反射的光；光学***，耦合至所述探测器，其选择性地作为光增强器/快门；电子***，用于探测和同步；电子处理***，其产生可在监控器上显示的图像。
2.根据权利要求1所述的***，其中，在使用扩展光束的情况下，所述探测器包括在探测前在其上聚焦图像的单个探测器的二维阵列。
3.根据权利要求2所述的***，其中，将使用的一个探测器/多个探测器置于海水中。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述探测器以连续形式接收来自景物的信息，作为通过二维扫描或取样所述景物的结果，并且其中所述探测器接收来自整个景物的缩减部分的综合照明。
5.根据权利要求1所述的***，其中，所述图象增强器/快门装置是图象增强管或者将它集成到所述探测器本身中。
6.根据上述权利要求所述的***，其中，所述探测器是固态CCD或CMOS TV摄像机。
7.根据上述权利要求所述的***，其中，由所述增强管提供的图像通过光学***耦合至所述探测器。
8.根据上述权利要求所述的***，其中，  由所述图象增强管提供的所述图像通过所述摄像机的灵敏元件的电子轰击耦合至所述摄像机上，由此将所述图象增强管和所述摄像机集成为单个装置。
9.根据上述权利要求所述的***，其中，所述选择性图象增强器/快门装置基于在所述增强器/快门装置中的光电阴极偏压的反转执行瞬时开窗。
10.根据上述权利要求所述的***，其中，所述选择性增强器/快门装置执行瞬时开窗，所述瞬时开窗允许通过控制所述光电阴极偏压的操作负载循环或所述探测器快门装置的操作负载循环在包括日光的宽范围照明中操作。
11.根据上述权利要求所述的***，其中，所述增强器-摄像机组可用在极低的照明水平下操作的CCD或CMOS摄像机替换。
12.根据上述权利要求所述的***，其中，所述CCD有离子碰撞的过程，以在低噪音环境下，增强所述光生电荷。
13.根据上述权利要求所述的***，其中，所述脉冲照明光源是激光源。
14.根据上述权利要求所述的***，其中，所述激光源在可视光谱的蓝-绿区域内操作，所述可视光图谱的蓝-绿区域对应于海水中的光衰减最小的光谱区域。
15.根据上述权利要求所述的***，其中，所述激光源基于在稀土离子中的半导体二极管激光器抽运的初级震荡，并且随后其通过非线性光学材料被转换成更适于所述***操作的另一频率。
16.根据上述权利要求所述的***，其中，所述照明激光源以脉冲模式操作，所述操作与所述图象增强器/快门装置的瞬时开窗同步，以选择工作距离和反射到所述探测器的光的距离间隔。
17.根据上述权利要求所述的***，其中，通过光束的同步二维扫描获取图像。
18.根据上述权利要求所述的***，其中，所使用的探测器是光电倍增管。
19.根据上述权利要求所述的***，其中，所使用的探测器是雪崩光电二极管。
20.根据上述权利要求所述的***，其中，所使用的探测器是不包括任何图象增强器装置的传统CCD。
21.根据上述权利要求所述的***，其中，利用电光或声光装置进行所述扫描。
22.根据上述权利要求所述的***，其中，所述探测器连续瞄准通过被照明的扫描物照亮的所述景物的点或区域。
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