一种应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统

1.本发明涉及一种应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统，属于水下激光扫描技术领域。


背景技术：

2.随着国家海洋战略的逐渐深入，水下环境机器视觉成为当前机器视觉领域炙手可热的研究课题。其中，应用于水下机器视觉的水下激光扫描成像，以其优越的性能成为水下机器视觉领域研究中的重点。然而，传统水下激光扫描成像因为发射光源、扫描器、接收器无法统一，面临体积大、光路复杂、接收效率低等问题，解决这些问题势必会为水下激光扫描成像突破瓶颈，达到新的高度。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统，采用全新光路结构设计，解决了传统水下激光扫描成像发射光源、扫描器、接收器无法统一，且体积大、光路复杂、接收效率低等问题，使得水下激光扫描成像能够实现小型化，同时提高了激光的接收效率，最大限度降低光能量损耗。
4.本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统，用于针对关于目标物的发射光与回波光实现彼此隔离式收发，包括目标纳米级激光光源、目标纳米级聚合物零级半波片、目标纳米级偏振分光棱镜、镀有目标纳米级增反膜的反射镜、目标纳米级聚合物零级1/4波片、镀有目标纳米级增反膜的检流计式振镜、光电探测器；其中，目标纳米级激光光源的发射端指向目标纳米级聚合物零级半波片的其中一面，目标纳米级激光光源发射端所发射的目标纳米级线偏振光垂直射向其所面向目标纳米级聚合物零级半波片的表面；由目标纳米级聚合物零级半波片针对所接收目标纳米级线偏振光进行调节，产生相应的偏振方向可调线偏振光；目标纳米级偏振分光棱镜的光射入端面向目标纳米级聚合物零级半波片的另一面，目标纳米级聚合物零级半波片所产生的偏振方向可调线偏振光垂直射向其所面向目标纳米级偏振分光棱镜的光射入端，由目标纳米级偏振分光棱镜产生所接收偏振方向可调线偏振光对应的透射光，目标纳米级偏振分光棱镜对应产生该透射光的输出端输出该透射光、经镀有目标纳米级增反膜的反射镜进行反射，垂直射向目标纳米级聚合物零级1/4波片的其中一面，由目标纳米级聚合物零级1/4波片针对所接收的该透射光进行调节，产生相应的圆偏振光；目标纳米级聚合物零级1/4波片的另一面面向镀有目标纳米级增反膜的检流计式振镜，目标纳米级聚合物零级1/4波片产生的圆偏振光射向镀有目标纳米级增反膜的检流计式振镜，镀有目标纳米级增反膜的检流计式振镜将所接收圆偏振光反射至目标物表面，产生来自目标物表面的回波圆偏振光，回波圆偏振光入射至镀有目标纳米级增反膜的检流
计式振镜，经镀有目标纳米级增反膜的检流计式振反射至其所面向目标纳米级聚合物零级1/4波片的表面，由目标纳米级聚合物零级1/4波片针对所接收回波圆偏振光进行调节，产生振动方向旋转90
°
的回波线偏振光，目标纳米级聚合物零级1/4波片产生该回波线偏振光，并经镀有目标纳米级增反膜的反射镜进行反射，垂直射向所面向目标纳米级偏振分光棱镜的端面，由目标纳米级偏振分光棱镜对该回波线偏振光进行接收，并产生相对应的回波反射光，光电探测器的探测端面向目标纳米级偏振分光棱镜上对应产生该回波反射光的输出端，目标纳米级偏振分光棱镜所产生的该回波反射光垂直射向光电探测器的探测端，被光电探测器所接收。
5.作为本发明的一种优选技术方案：所述光电探测器为雪崩光电二极管。
6.作为本发明的一种优选技术方案：所述目标纳米级激光光源为532纳米激光光源、所述目标纳米级聚合物零级半波片为532纳米聚合物零级半波片、所述目标纳米级偏振分光棱镜为532纳米偏振分光棱镜、所述镀有目标纳米级增反膜的反射镜为镀有532纳米增反膜的反射镜、所述目标纳米级聚合物零级1/4波片为532纳米聚合物零级1/4波片、所述镀有目标纳米级增反膜的检流计式振镜为镀有532纳米增反膜的检流计式振镜；532纳米激光光源发射端所发射的532纳米线偏振光垂直射向其所面向532纳米聚合物零级半波片的表面。
7.本发明所述一种应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）本发明所设计应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统，基于目标纳米级激光光源、目标纳米级聚合物零级半波片、目标纳米级偏振分光棱镜、镀有目标纳米级增反膜的反射镜、目标纳米级聚合物零级1/4波片、镀有目标纳米级增反膜的检流计式振镜、光电探测器进行设计，应用偏振原理，针对关于目标物的发射光与回波光实现彼此隔离式收发，其中设计将原本不能作为信号光透过532纳米偏振分光棱镜的部分光能量作为参考光重新加以利用，提高了系统的激光输出效率，并且所设计系统光路没有因激光发射源与光电探测器的轴向位移差产生额外的激光能量损耗，提高了系统的接收效率；同时目标纳米级聚合物零级半波片与目标纳米级聚合物零级1/4波片的应用，可以在一定波长范围内、以及较大范围的入射角上提供稳定的性能，能够在最大限度降低光能量损耗；实际可应用于需要参考光背景的水下激光探测、水下激光通信等技术。
附图说明
8.图1是本发明所设计应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统的结构示意图。
具体实施方式
9.下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
10.本发明所设计一种应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统，用于针对关于目标物的发射光与回波光实现彼此隔离式收发，实际应用当中，如图1所示，具体包括532纳米激光光源、532纳米聚合物零级半波片、532纳米偏振分光棱镜、镀有532纳米增反膜的反射镜、532纳米聚合物零级1/4波片、镀有532纳米增反膜的检流计式振镜、光电探测器。
11.其中，532纳米激光光源的发射端指向532纳米聚合物零级半波片的其中一面，532
纳米激光光源发射端所发射的532纳米线偏振光垂直射向其所面向532纳米聚合物零级半波片的表面；由532纳米聚合物零级半波片针对所接收532纳米线偏振光进行调节，产生相应的偏振方向可调线偏振光。
12.532纳米偏振分光棱镜的光射入端面向532纳米聚合物零级半波片的另一面，532纳米聚合物零级半波片所产生的偏振方向可调线偏振光垂直射向其所面向532纳米偏振分光棱镜的光射入端，由532纳米偏振分光棱镜产生所接收偏振方向可调线偏振光对应的透射光，532纳米偏振分光棱镜对应产生该透射光的输出端输出该透射光、经镀有532纳米增反膜的反射镜进行反射，垂直射向532纳米聚合物零级1/4波片的其中一面，由532纳米聚合物零级1/4波片针对所接收的该透射光进行调节，产生相应的圆偏振光。
13.532纳米聚合物零级1/4波片的另一面面向镀有532纳米增反膜的检流计式振镜，532纳米聚合物零级1/4波片产生的圆偏振光射向镀有532纳米增反膜的检流计式振镜，镀有532纳米增反膜的检流计式振镜将所接收圆偏振光反射至目标物表面，产生来自目标物表面的回波圆偏振光，回波圆偏振光入射至镀有532纳米增反膜的检流计式振镜，经镀有532纳米增反膜的检流计式振反射至其所面向532纳米聚合物零级1/4波片的表面，由532纳米聚合物零级1/4波片针对所接收回波圆偏振光进行调节，产生振动方向旋转90
°
的回波线偏振光，532纳米聚合物零级1/4波片产生该回波线偏振光，并经镀有532纳米增反膜的反射镜进行反射，垂直射向所面向532纳米偏振分光棱镜的端面，由532纳米偏振分光棱镜对该回波线偏振光进行接收，并产生相对应的回波反射光，光电探测器的探测端面向532纳米偏振分光棱镜上对应产生该回波反射光的输出端，532纳米偏振分光棱镜所产生的该回波反射光垂直射向光电探测器的探测端，被光电探测器所接收；实际应用当中，针对这里的光电探测器，具体设计采用雪崩光电二极管进行应用。
14.上述所设计应用于水下机器视觉的激光扫描成像光学系统，基于532纳米激光光源、532纳米聚合物零级半波片、532纳米偏振分光棱镜、镀有532纳米增反膜的反射镜、532纳米聚合物零级1/4波片、镀有532纳米增反膜的检流计式振镜、光电探测器进行设计，应用偏振原理，针对关于目标物的发射光与回波光实现彼此隔离式收发，其中设计将原本不能作为信号光透过532纳米偏振分光棱镜的部分光能量作为参考光重新加以利用，提高了系统的激光输出效率，并且所设计系统光路没有因激光发射源与光电探测器的轴向位移差产生额外的激光能量损耗，提高了系统的接收效率；同时532纳米聚合物零级半波片与532纳米聚合物零级1/4波片的应用，可以在一定波长范围内、以及较大范围的入射角上提供稳定的性能，能够在最大限度降低光能量损耗；实际可应用于需要参考光背景的水下激光探测、水下激光通信等技术。
15.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。