非均匀大光场目标图像探测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水下大范围的非均匀大光场目标图像探测装置，属于水下视觉技术领域。
【背景技术】
[0002]光在水中传播，接收器接收的光信息主要由3部分组成:从目标反射回来并经水介质光在水中传播，接收器接收的光信息主要由3部分组成:从目标反射回来并经水介质吸收、散射损耗后的成像光束；光源与目标之间水介质散射的影响图像对比度的后向散射光；目标与接收器之间水介质散射较小角度并直接影响目标细节分辨率的前向散射光。与大气成像技术相比，水下成像技术的研宄重点就是减小水介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对水下通信、成像、目标探测所造成的影响。
[0003]目前主要有同步扫描成像、距离选通成像、光偏振技术成像、激光三维成像、结构光技术成像、多视角三维成像等水下视觉成像技术，尤其是在比较浑浊的水质条件下，使用普通的水下照明成像技术，后向散射噪声对图像品质的影响尤为剧烈，目前相对先进的一种方法是采用非均匀光设备对目标区域进行照射，即对近距离目标用弱光场照明，以尽可能减小后向散射噪音的影响；远距离目标用强光场照明，来提高目标信号的强度，同时较强的后向散射光经过长距离的传输到达接收器时也会降低。
[0004]由于吸收和散射的影响光信号在水下的传播会极大的衰减。同时在近距离范围内，由于照明光强较大产生的后向散射噪声相应的也会较大；而在远距离范围照明光强由于水的吸收和散射会衰减至较小值即信号光较小同时产生的后向散射噪声也会较小。这样就造成了在接收器直线上(LOS)信噪比(SNR)衰减严重，在两倍能见度探测距离条件下，接收器接收到的光能量将衰减达17倍，严重影响了探测距离，和图像质量。
[0005]如图5所示:在空间坐标系原点O的位置放置摄像机，令探测平面垂直于Z轴的平面XCY，(图中显示了 X0Y，X1C1Y1，X2C2Y2三个被测面)，Z是目标C距摄像机的距离。假设位于较近位置的被测物(^的坐标是(0，OjZ1),位于较远位置的被测物C2的坐标(0，O, Z2),Zl与O之间的距离为I倍能见度，Z2与O之间的距离为2倍能见度，由比尔朗伯特定律知，Z2与O之间的光衰减可达17倍，如果将C i的照明能量E 置为比C 2的照明能量E 2低103.5倍，则可实现照明能量依据水的衰减系数沿Z轴按反比指数增长分布。
[0006]依据上述方法建立的照明光场，有别于传统的均匀光场，其在距离光源等距离的截面上各点的光强是不相等的，因此称之为非均匀光场。在非均匀光场中，近距离被测物所处的照明光场强度较低，所产生的反向散射噪声也较小，而远距离目标虽然被强光照明，但由于距离接收器的光程较长，反向散射光受到水中悬浮颗粒的散射衰减，则到达接收器时变得较弱，因此非均匀光场目标探测方法对于反向散射光具有良好的整体抑制效果，且克服了激光探测方法存在的景深小的问题。
[0007]但是现有的基于非均匀光场构建技术的方法设备(非均匀照明探测目标图像的方法及装置-200610042355.2)由于光源工艺和设备体积的限制，只能实现小范围、低光轴距、照明模式单一的目标物照明。因此其适用范围有一定的限制。
【发明内容】
[0008]本实用新型目的是提供一种非均匀大光场目标图像探测装置及方法，针对空间介质浑浊、模糊的条件，构建一种高效克服介质后向散射噪声的非均匀照明的，实现大光场范围、多照明模式、高能见度距离的目标清晰图像获取系统。
[0009]非均匀大光场目标图像探测装置，包括上位机，其特征在于还包括一组图像采集装置和两组非均匀照明阵列，且两组非均匀照明阵列位于图像采集装置两侧；
[0010]所述的图像采集装置，包括由CCD架座、设置在CCD架座上的CCD架杆、以及设置在CCD架杆上的上、中、下三个CCD安装座组成的安装架，且中间CCD安装座安装高速摄像机，另外两个CCD安装座23分别安装水下双目CCD摄像机；
[0011]所述的三个摄像机都采用了三自由度底座固定，便于调整入射图像角度；
[0012]所述的每组非均匀照明阵列包括由光源阵列架座、设置在光源阵列架座上的集束光源阵列架杆、以及设置在集束光源阵列架杆上的五个支撑杆组成的光源安装架，和4个200w以上的大功率非均匀集束光源与一个至少150w的中等功率的非均匀集束光源；其中，所述中等功率的非均匀集束光源安装在最低端的支撑杆上且位于集束光源阵列架杆的内侧；
[0013]每个非均匀集束光源的底座为三自由度光源底座，可以选择任意的投射方向，方便大范围非均匀光场的的搭建；
[0014]所述的非均匀集束光源，包括中空圆柱形壳体，为铝合金耐压密封舱体，壳体后端设有后端盖，后端盖上安装水密电缆接头，用于接入220v交流电压；壳体内安装有金卤光源，光源固定在壳体内的可推拉式光源底座上，且通过此光源底座在壳体内前后移动可以前后调整光源发光球体的焦距位置；壳体位于光源前方的位置还安装有调节环，所述壳体的前端安装有透镜，所述透镜前方有光学窗安装在壳体的前端部，所述金卤光源功率为150W以上；当非均匀集束光源的透镜为双凸透镜且金卤光源为200w以上时作为大功率非均匀集束光源，当非均匀集束光源的透镜为菲涅尔透镜且金卤光源为至少150w时作为中等功率的非均匀集束光源；使用时，两组非均匀照明阵列需位于图像采集装置两侧。
[0015]上述菲涅尔透镜直径为Ilcm以上；菲涅尔透镜与150W至200W之间的金卤光源相配合实现适合近距离范围内的散射，构成中等功率的非均匀集束光源；双凸透镜与200W以上大功率的金卤光源相配合实现远距离的高光场能量的集束投送，构成大功率的非均匀集束光源。
[0016]依据上述方法建立的照明光场，有别于传统的非均匀光场，通过采用不同种类集束光源阵列的形式，达到在空间15m的距离处实现3m*4m的大范围非均匀光场照明，克服了单一集束光源观测范围小、近距离存在盲区的缺点，提升景深观测范围的同时，也将工作距离延伸至1.9倍能见度的长度。
[0017]本实用新型构建空间大光场，宽探测范围。可实现距离光源15m处形成3m*4m的宽广非均匀照明区域。根据目标物的距离、光线吸收特性进行选择性的照明模式切换。此套设备的光源实则为两组非均匀发光阵列，每组发光阵列又可分成近目标距离集束照明束和远距离集束照明束。可根据目标物的距离、反射特性等进行选择性照明，避免图像采集CCD进入光饱和态，导致画面的过曝光。实现了高能见度距离目标图像获取，由于采用了选择性目标照射非均匀光场的集束发光阵列布放方式和高灵敏度CCD，此套系统可实现高达1.9倍能见度距离的目标图像获取。能够多视角、高速目标图像捕获、存储，本系统同时配备了双目CCD、高速摄像机、上位机主控平台，具有远距离、多视角的设备控制与图像的采集、存储、回放功能。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的整体结构图。
[0019]图2是本实用新型的图像采集装置结构图。
[0020]图3是本实用新型的非均匀照明阵列结构图。
[0021]图4是本实用新型的集束光源结构图。
[0022]图5是本实用新型的非均匀光场照明原理图。
[0023]其中，1、水密电缆接头，2、后端盖，3、螺栓，4、螺栓孔，5、垫圈，6、光源座，7、调节环，8、中空圆柱形壳体，9、透镜(菲涅尔透镜或双凸透镜)，10、透镜固定环，11、后垫圈，12、光学窗，13、前垫圈，14、螺纹卡环，15、金卤光源，16、光源阵列架座，17、集束光源阵列架杆，18、支撑杆，19、三自由度光源底座，20、非均匀集束光源，21、CXD架座，22、CXD架杆，23、三自由度水下CCD座，24、水下双目CCD摄像机，25、三自由度底座，26、高速摄像机，27、非均匀照明阵列，28、图像探测装置，29、照明目标物，30、上位机。
【具体实施方式】
[0024]如图1-4所示，非均匀大光场目标图像探测装置，包括上位机30，其特征在于还包括一组图像采集装置28和两组非均匀照明阵列27，且两组非均匀照明阵列27位于图像采集装置28两侧；
[0025]所述的图像采集装置28，包括由CXD架座21、设置在CXD架座21上的CXD架杆22、以及设置在CXD架杆22上的上、中、下三个CXD安装座23组成的安装架，且中间CXD安装座23安装高速摄像机26，另外两个CCD安装座23分别安装水下双目CCD摄像机24 ；
[0026]所述的三个摄像机都采用了三自由度底座25固定，便于调整入射图像角度；
[0027]所述的每组非均匀照明阵列27包括由光源阵列架座16、设置在光源阵列架座16上的集束光源阵列架杆17、以及设置在集束光源阵列架杆17上的五个支撑杆18组成的光源安装架，和