一种水下激光行扫描数字成像系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种水下激光行扫描数字成像系统，包括上位机模块（8）、一个筒状的耐压壳体（9）以及安装在其内的激光模块（1）、光机电扫描模块、数字化摄像模块。所述激光模块（1）包括固态倍频激光器、光学聚焦系统、激光控制系统；所述光机电扫描模块包括输入反射镜（2）、光学分系统（3）、输出反射镜（4），所述光学分系统包括光学触发器、电动机以及由电动机带动的转轴；所述数字化摄像模块包括入射孔（5）、接收机（6）、低噪声前置放大器和视频处理系统（7）；所述上位机模块包括键盘和鼠标、视频监视器。本发明将吸收和扫描水空间内的后向散射影响减至最低限度，可以提供高分辨率的图像。
【专利说明】一种水下激光行扫描数字成像系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水下激光成像系统，特别是涉及一种应用于水下的激光行扫描数字成像系统。
【背景技术】
[0002]近年来，水下光电成像探测技术正受到各国研究者的日益重视，它可用于探测快速运动的目标，也可用于救生、打捞和资源开发等。但是由于海水中的悬浮微粒以及水分子对光波的散射和吸收，激光束在海水中的衰减相当快，其衰减程度和成像距离呈指数关系，造成图像噪声大，成像质量差等缺陷。
[0003]中国专利申请201310071635.6公开了一种“一种基于激光扫描的探测成像系统”，该系统的特点是以激光为光源，通过对物体的散射光进行采集成像，以便对物体进行分析和判断。中国专利申请201110001461.7公开了一种“基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置”，该装置的特点是提供一种基于光子晶体滤波的布里渊散射水下激光成像探测装置，当在对水下目标进行激光成像探测时，它能够有效探测布里渊散射信号，提高成像质量。但上述的系统和装置均未能有效地解决激光束后向散射的影响，会使激光成像质量显著下降，观测和成像距离明显缩短。
[0004]如何克服现有技术的不足已成为当今水下激光成像【技术领域】中亟待解决的重点
难题之一。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种水下激光行扫描数字成像系统，可以提高水下光传输能量，增强接收信号，将吸收影响减至最低限度；采用了同步扫描机的一种光学系统，使得激光照射范围与接收机视场在时间和空间上均配合一致并且运动同步，可将扫描水空间内的后向散射减至最低限度，提供高分辨率的图像，同时扩大了在混浊水中的摄像距离；本发明可用于清洁海水、混浊海水、含有大量悬浮微粒的海水以及漆黑的深海水等极其复杂的环境条件下工作。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种水下激光行扫描数字成像系统，该系统包括上位机模块、一个筒状的耐压壳体以及安装在其内的激光模块、光机电扫描模块、数字化摄像模块，所述数字化摄像模块分别通过RS232通信口与上位机模块连接；其中:
所述激光模块包括固态倍频激光器、光学聚焦系统、激光控制系统；其中:
所述固态倍频激光器作为光源，包括一个倍频晶体，激光经过倍频晶体后频率增倍；
所述光学聚焦系统用于对所述固态倍频激光器发出的激光光束进行聚焦，缩窄为条状激光光束；
所述激光控制系统包括埋式传感器控制器，用于通过监视输出光束的功率和控制激光的发射过程，从而对输出的激光功率实施调控； 所述光机电扫描模块包括输入反射镜、光学分系统、输出反射镜，所述光学分系统包括光学触发器、电动机以及由电动机带动的转轴；所述输入反射镜和输出反射镜安装于转轴的两侧；其中:
所述输入反射镜用于将激光光束偏转反射至目标物体；
所述输出反射镜用于偏转由目标物体反射而来的激光光束；
所述光学触发器以时钟信号作为控制信号，用于控制输入反射镜和输出反射镜的定时同步，从而使激光照射范围与接收机瞬时视场的运动得到同步；
所述数字化摄像模块包括入射孔、接收机、低噪声前置放大器和视频处理系统；其中:所述接收机用于通过所述入射孔接收所述输出反射镜偏转反射的激光光束，并将其转化为电信号，所述电信号与瞬时视场内的目标物体反射的激光成正比；
所述低噪声前置放大器用于将接收机输出的电信号进行放大，并传输至视频处理系
统；
所述视频处理系统用于将放大后的电信号转化为复合视频信号，并传输至上位机模块。
[0007]作为本发明的进一步优化方案，所述上位机模块包括键盘和鼠标、视频监视器，所述键盘、鼠标用于操作者进行操作，所述视频监视器用于显示视频处理系统传输的复合视
频信号。
[0008]作为本发明的进一步优化方案，所述激光采用波长为1064nm的Nd:YAG激光，经过倍频晶体后频率增倍，转化为波长为532nm的激光。
[0009]作为本发明的进一步优化方案，所述埋式传感器控制器是一个单板计算机，具有模拟和数字式输入/输出传感器控制和监视能力。
[0010]作为本发明的进一步优化方案，所述入射孔有多个、大小能够调整且能够转动，入射孔的大小根据入射孔与目标物体之间距离来确定，以根据距离变化控制系统的瞬时视场。
[0011]作为本发明的进一步优化方案，所述条状激光光束运动形成的扇形角度为90°，用于成像的角度为70°。
[0012]作为本发明的进一步优化方案，所述输入反射镜和输出反射镜为锥形多面反射镜。
[0013]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1)本发明提高了水下光传输能量，增强接收信号，将吸收影响减至最低限度；
2)本发明采用了同步扫描机的一种光学系统，使得激光照射范围与接收机视场在时间和空间上均配合一致并且运动同步，可将扫描水空间内的后向散射减至最低限度，提供高分辨率的图像，同时扩大了在混浊水中的摄像距离；
3)本发明可用于清洁海水、混浊海水、含有大量悬浮微粒的海水以及漆黑的深海水等极其复杂的环境条件下工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图。【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所不，一种水下激光行扫描数字成像系统包括上位机模块8、一个筒状的耐压壳体9以及安装在其内的激光模块1、光机电扫描模块、数字化摄像模块，所述数字化摄像模块分别通过RS232通信口与上位机模块8连接；其中:
所述激光模块I包括固态倍频激光器、光学聚焦系统、激光控制系统；其中:
所述固态倍频激光器作为光源，包括一个倍频晶体，激光经过倍频晶体后频率增倍；
所述光学聚焦系统用于对所述固态倍频激光器发出的激光光束进行聚焦，缩窄为条状激光光束；
所述激光控制系统包括埋式传感器控制器，用于通过监视输出光束的功率和控制激光的发射过程，从而对输出的激光功率实施调控；
所述光机电扫描模块包括输入反射镜2、光学分系统3、输出反射镜4，所述光学分系统包括光学触发器、电动机以及由电动机带动的转轴；所述输入反射镜2和输出反射镜4安装于转轴的两侧；其中:
所述输入反射镜2用于将激光光束偏转反射至目标物体10 ；
所述输出反射镜4用于偏转由目标物体10反射而来的激光光束；
所述光学触发器以时钟信号作为控制信号，用于控制输入反射镜2和输出反射镜4的定时同步，从而使激光照射范围与接收机瞬时视场的运动得到同步；
所述数字化摄像模块包括入射孔5、接收机6、低噪声前置放大器和视频处理系统7 ;其
中:
所述入射孔5与输入反射镜2、输出反射镜4相配合，对接收机的视场进行控制，使之与激光照射范围吻合且运动同步，形成高分辨的图像；
所述接收机6用于通过所述入射孔5接收所述输出反射镜4偏转反射的激光光束，并将其转化为电信号，所述电信号与瞬时视场内的目标物体10反射的激光成正比；
所述低噪声前置放大器用于将接收机6输出的电信号进行放大，并传输至视频处理系统7 ;
所述视频处理系统7用于将放大后的电信号转化为复合视频信号，并传输至上位机模块8。
[0016]一种水下激光行扫描数字成像系统的工作过程如下:
当电动机开始转动时，固态倍频激光器作为光源，将经过倍频晶体转化的Nd:YAG激光，通过光学聚焦系统聚焦缩窄为条状激光光束，使到达物体表面的照射激光几乎成一个光点，将水下激光照射范围与接收机瞬时视场的共用水空间缩小到最低限度。
[0017]条状激光光束通过输入反射镜2以线性方式扫描目标物体10，激光光束左右运动形成的扇形角度为90°，其中可用于成像的角度大约为70°。通过光机电扫描模块中的光学触发器以时钟信号作为控制信号，控制输入反射镜2和输出反射镜4的定时同步，从而使激光照射范围与接收机瞬时视场的运动得到同步。
[0018]在数字化摄像模块中设置多个可调可转入射孔5，可以恰好调整到足以同步接收输出反射镜4反射的激光光束，使得接收机瞬时视场的后向散射减至最低限度。数字化摄像模块中的接收机6通过入射孔5同步接收输出反射镜4偏转反射的激光光束，通过定时同步的输入反射镜2和输出反射镜4、可调可转的入射孔5，接收机6的视场得到控制，与激光照射范围吻合且运动同步。接收机6将接收到的激光光束转化为的电信号，此电信号与瞬时视场内的目标物体10反射的激光成正比；电信号通过低噪声前置放大器放大后传输至视频处理系统7。视频处理系统通过对电信号的处理，将实时条状图像分离出来；激光光束继续扫描下个位置，通过连续不断的激光扫描，并将图像累加起来，通过计算机处理后获得被测目标的全景图像。
[0019]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种水下激光行扫描数字成像系统，其特征在于，该系统包括上位机模块(8)、一个筒状的耐压壳体(9)以及安装在其内的激光模块(I)、光机电扫描模块、数字化摄像模块，所述数字化摄像模块分别通过RS232通信口与上位机模块(8)连接；其中: 所述激光模块(I)包括固态倍频激光器、光学聚焦系统、激光控制系统；其中: 所述固态倍频激光器作为光源，包括一个倍频晶体，激光经过倍频晶体后频率增倍； 所述光学聚焦系统用于对所述固态倍频激光器发出的激光光束进行聚焦，缩窄为条状激光光束； 所述激光控制系统包括埋式传感器控制器，用于通过监视输出光束的功率和控制激光的发射过程，从而对输出的激光功率实施调控； 所述光机电扫描模块包括输入反射镜(2)、光学分系统(3)、输出反射镜(4)，所述光学分系统包括光学触发器、电动机以及由电动机带动的转轴；所述输入反射镜(2)和输出反射镜(4)安装于转轴的两侧；其中: 所述输入反射镜(2)用于将激光光束偏转反射至目标物体(10); 所述输出反射镜(4)用于偏转由目标物体(10)反射而来的激光光束； 所述光学触发器以时钟信号作为控制信号，用于控制输入反射镜(2)和输出反射镜(4)的定时同步，从而使激光照射范围与接收机瞬时视场的运动得到同步； 所述数字化摄像模块包括入射孔(5)、接收机(6)、低噪声前置放大器和视频处理系统(7);其中: 所述接收机(6)用于通过所述入射孔(5)接收所述输出反射镜(4)偏转反射的激光光束，并将其转化为电信号； 所述低噪声前置放大器用于将接收机(6)输出的电信号进行放大，并传输至视频处理系统(7); 所述视频处理系统(7)用于将放大后的电信号转化为复合视频信号，并传输至上位机模块(8)。
2.根据权利要求1所述一种水下激光行扫描数字成像系统，其特征在于，所述上位机模块(8 )包括键盘和鼠标、视频监视器，所述键盘、鼠标用于操作者进行操作，所述视频监视器用于显示视频处理系统(7)传输的复合视频信号。
3.根据权利要求1所述一种水下激光行扫描数字成像系统，其特征在于，所述激光采用波长为1064nm的Nd =YAG激光，经过倍频晶体后频率增倍，转化为波长为532nm的激光。
4.根据权利要求1所述一种水下激光行扫描数字成像系统，其特征在于，所述埋式传感器控制器是一个单板计算机，具有模拟和数字式输入/输出传感器控制和监视能力。
5.根据权利要求1所述一种水下激光行扫描数字成像系统，其特征在于，所述接收机(6)输出的电信号与瞬时视场内的目标物体(10)反射的激光成正比。
6.根据权利要求1所述一种水下激光行扫描数字成像系统，其特征在于，所述入射孔(5)有多个、大小能够调整且能够转动，入射孔(5)的大小根据入射孔(5)与目标物体(10)之间距离来确定，以根据距离变化控制系统的瞬时视场。
7.根据权利要求1所述一种水下激光行扫描数字成像系统，其特征在于，所述条状激光光束运动形成的扇形角度为90°，用于成像的角度为70°。
8.根据权利要求1所述一种水下激光行扫描数字成像系统，其特征在于，所述输入反射镜(2 )和输出反射 镜(4 )为锥形多面反射镜。
【文档编号】G01S17/89GK103792543SQ201410040653
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】张玉全, 郑源, 朱延涛, 娄保东, 杨春霞, 陈小翠, 刘惠文, 姜镐, 张琪, 王洪亮, 陆梦恬 申请人:河海大学