一种基于非均匀场的深海照明方法及系统与流程

本发明涉及海洋资源钻探技术领域，特别涉及一种基于非均匀场的深海照明方法。本发明还涉及一种基于非均匀场的深海照明系统。

背景技术：

占据地球面积71％的海洋是一个巨大的资源库，而我国作为海洋大国，拥有约300万平方公里的海洋面积。深海光学成像技术作为深海矿产开发、深海资源勘测以及深海生物探索的核心支撑技术，是我国利用海洋，开发海洋的重要基础。

深海光学成像系统是一种主动式光学成像系统。深海照明系统是深海光学成像系统的重要组成部分。一般情况下水下200米以下可见光的照度不足水面照度的0.01％，而在深海中的环境更是漆黑一片。因此深海照明作为载人潜水器“夜间行车”的前大灯，是呈现深海光学成像的前提。中科院深海所研发的“天涯号”、“海角号”着陆器、“原位实验号”升降器以及“4500米”、“蛟龙号”载人潜水器上都装备有一套或者几套深海照明系统，而其产品都由国外进口。要想在技术不受制于人，中国必须具有自主的研发能力。

在现有技术中，潜水器上一般搭载有大功率的探照灯和成像器，通过探照灯照射海底表面、珊瑚礁、岩石等，再通过成像器进行拍摄。但是，由于光在海水中的后向散射使得成像器拍摄到的图片有杂光，该杂光严重影响成像，经过后期的图像处理也无法去除，成像器拍摄到的图片显色指数较低；并且由于海水中光的衰减特性，在较远距离的情况下，只能通过大幅提高探照灯功率的方式实现较清晰地拍摄，而在深海探测过程中，一次下潜可能要几个小时，而由于严苛的深海环境，潜水器所能携带的能源十分有限，而其搭载的探测设备却非常多，因此对于潜水器的能耗状况而言极其不利。

因此，如何提高目标拍摄面的显色指数和照明距离，同时降低照明能耗，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于非均匀场的深海照明方法，能够提高目标拍摄面的显色指数和照明距离，同时降低照明能耗。本发明的另一目的是提供一种基于非均匀场的深海照明系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于非均匀场的深海照明方法，包括：

检测照明器与目标拍摄面间的距离，并判断所述照明器当前所属的照明距离状态；

当所述照明距离状态为预设的近距离照明时，增加光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且减小光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比；

当所述照明距离状态为预设的远距离照明时，减小光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且增加光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比。

优选地，检测照明器与目标拍摄面间的距离，具体包括：

从所述照明器发射激光到所述目标拍摄面，并根据激光的折返时间计算所述照明器与目标拍摄面间的距离。

优选地，检测照明器与目标拍摄面间的距离，具体包括：

通过声呐检测所述照明器与目标拍摄面间的距离。

优选地，判断所述照明器当前所属的照明距离状态，具体包括：

比较所述距离与预设距离值的大小，若前者大于后者，则所述照明距离状态为预设的远距离照明；若前者小于后者，则所述照明距离状态为预设的近距离照明。

优选地，增加或减少光源中衰减强度大于或小于预设阈值的光线的占比时，根据预设的光谱中衰减强度与距离的对应关系进行调整，以使所述目标拍摄面上的反射光线的频率分布均匀。

优选地，还包括：

检测所述照明器的发光表面上的各个位置出射的光线到成像器间的光程，并据此调整所述照明器的发光表面上各个位置的发光强度，以使所述目标拍摄面的照度均匀。

本发明还提供一种基于非均匀场的深海照明系统，包括：

距离检测模块，用于检测照明器与目标拍摄面间的距离；

距离判断模块，用于判断所述照明器当前所属的照明距离状态；

第一执行模块，用于当所述照明距离状态为预设的近距离照明时，增加光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且减小光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比；

第二执行模块，用于当所述照明距离状态为预设的远距离照明时，减小光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且增加光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比。

优选地，还包括：

光程检测模块，用于检测所述照明器的发光表面上的各个位置出射的光线到成像器间的光程；

光强调节模块，用于根据所述光程检测模块的检测结果调整所述照明器的发光表面上各个位置的发光强度，以使所述目标拍摄面的照度均匀。

本发明所提供的基于非均匀场的深海照明方法，主要包括两个步骤，分别为：检测照明器与目标拍摄面间的距离，并判断照明器当前所属的照明距离状态；当照明距离状态为预设的近距离照明时，增加光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且减小光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比；当照明距离状态为预设的远距离照明时，减小光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且增加光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比。本发明所提供的基于非均匀场的深海照明方法，在第一步中首先检测照明器与目标拍摄面间的距离，明确照明器当前所述照明环境，主要为照明器所属的照明距离状态。当照明器离目标拍摄面的距离较近时，则属于预设的近距离照明状态，此时光源(即工作状态的照明器)中所发出的光线中，衰减强度较大和较小的光线均可顺利达到目标拍摄面，若不加干预，衰减强度较小的光线在目标拍摄面上发射时将保留较大能量，而衰减强度较大的光线的保留能量较低，成像后色彩失真明显，因此本发明在此种情况下提高衰减强度大于预设阈值的光线的占比，同时减小衰减强度小于预设阈值的光线的占比，如此可使目标拍摄面反射的光线的光谱成分均匀，降低色彩失真，提高显色指数。而当照明器离目标拍摄面的距离较远时，衰减强度较大的光线无法顺利达到目标拍摄面，而衰减强度较小的光线较容易达到，此种情况下，本发明减小衰减强度大于预设阈值的光线的占比，同时增加衰减强度小于预设阈值的光线的占比，如此将以衰减强度较小的光线作为目标拍摄面的反射光线的主要光谱成分，在减少整体衰减的情况下，增加照明距离，降低照明系统能耗，同时也能在一定程度上提高目标拍摄面的显色指数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的系统流程图；

图2为本发明所提供的一种具体实施方式的模块结构图；

图3为本发明所提供的一种具体实施方式中发光强度调节示意图；

图4为本发明所提供的一种具体实施方式中光线占比调节示意图。

其中，图2中：

距离检测模块—1，距离判断模块—2，第一执行模块—3，第二执行模块—4，光程检测模块—5，光强调节模块—6。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的系统流程图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，基于非均匀场的深海照明方法主要包括两个步骤，分别为：检测照明器与目标拍摄面间的距离，并判断照明器当前所属的照明距离状态；当照明距离状态为预设的近距离照明时，增加光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且减小光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比；当照明距离状态为预设的远距离照明时，减小光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且增加光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比。

其中，在第一步中，首先检测照明器与目标拍摄面间的距离，明确照明器当前所述照明环境，主要为照明器所属的照明距离状态。当照明器离目标拍摄面的距离较近时，比如3m以内等，则属于预设的近距离照明状态，此时光源(即工作状态的照明器)中所发出的光线中，衰减强度较大和较小的光线均可顺利达到目标拍摄面，若不加干预，衰减强度较小的光线在目标拍摄面上发射时将保留较大能量，而衰减强度较大的光线的保留能量较低，成像后色彩失真明显；而当照明器离目标拍摄面的距离较远时，比如3m以外等情况，衰减强度较大的光线无法顺利达到目标拍摄面，而衰减强度较小的光线较容易达到。

在第二步中，主要根据照明器的所属照明距离状态对照明器的发光参数进行调整。具体的，当照明器与目标拍摄面间的距离较小，照明距离状态属于预设的近距离照明时，此种情况下提高衰减强度大于预设阈值的光线(比如红、橙色光线等)的占比，同时减小衰减强度小于预设阈值的光线(比如蓝、绿色光线等)的占比。如此可使目标拍摄面反射的光线的光谱成分均匀，降低色彩失真，提高显色指数。

当照明器与目标拍摄面间的距离较大，照明距离状态属于预设的远距离照明时，此种情况下减小衰减强度大于预设阈值的光线的占比，同时增加衰减强度小于预设阈值的光线的占比。如此将以衰减强度较小的光线作为目标拍摄面的反射光线的主要光谱成分，在减少整体衰减的情况下，增加照明距离，降低照明系统能耗，同时也能在一定程度上提高目标拍摄面的显色指数。

具体的，在检测照明器与目标拍摄面间的距离时，可通过激光测距方式完成。首先可在照明器上可设置激光发生器、激光接收器和计时器等，然后通过激光发生器从照明器位置处往目标拍摄面发射一束激光，Δt的间隔时间之后，发射激光将被激光接收器捕捉，同时计时器可检测该束激光从出发到折返的时间，最后再根据光速与该时间的乘积即可计算出照明器与目标拍摄面间的距离。

当然，检测照明器与目标拍摄面间的距离的方式并不仅限于上述激光测距方式，在航洋勘探中，还可使用声呐来检测照明器与目标拍摄面间的距离。具体的，可在照明器上设置声呐，再通过声呐向目标拍摄面发射超声波等，同样可根据超声波的折返时间计算照明器与目标拍摄面间的距离。

而在判断照明器当前所属的照明距离状态时，可通过将检测的距离值与预设距离值进行大小比较的方式完成。具体的，首先根据本领域的经验公式等依据设定预设距离值，比如3m或2m等距离值，再判断检测的距离值与该预设距离值的大小，若检测的距离值较大，则照明距离状态为远距离照明，反之则为近距离照明。当然，预设距离值的大小可根据实际情况做出调整。

如图4所示，图4为本发明所提供的一种具体实施方式中光线占比调节示意图(图中的实线强衰减光线，虚线为弱衰减光线)。

另外，在调整照明器的发光参数时，增加或减少光源中衰减强度大于或小于预设阈值的光线的占比不宜过大或过小，具体的，在调整占比时，可参考预设的光谱中光线的衰减强度与距离的对应关系，该对应关系一般为关于出射距离与衰减强度的曲线图，主要根据海水的特性而制定，比如光线在海水中传播时，受海水的折射率、海水盐度、杂质浓度等多种因素的影响。根据该对应关系进行调节时，以使目标拍摄面上的反射光线的频率分布均匀为目标进行调节。比如，当照明器近距离照明时，可增大衰减强度大的光线占比至60％～80％等，同时可减小衰减强度小的光线占比至20％～40％。而当照明器远距离照明时，可大幅减小衰减强度大的光线，并将衰减强度小的光线的占比提高至90％以上。

另外，考虑到照明器在实际照明时，其发光表面很大概率下与目标拍摄面之间并非呈垂直对立关系，而是在大部分情况下照明器的发光表面均与目标拍摄面之间具有一定夹角，即出射光线并非垂直入射。同时，进行海洋勘探任务时，可能对多种不同的目标进行拍摄，比如岩石和珊瑚礁等，此类物体的表面凹凸不平，照明器的发光表面与这些物体的目标拍摄面之间的距离并不恒定相等，如此将容易导致目标拍摄面的光照度不均匀，造成眩光、中间与边缘区域亮暗对比度过大等问题。针对此，本实施例中增设了调整照明器的发光强度的步骤。

具体的，首先可检测照明器的发光表面上的各个位置出射的光线到成像器间的光程，若照明器的发光表面与目标拍摄面成一定较低时，照明器的发光表面上靠近目标拍摄面的位置的出射光线，其到成像器的光程必然较短，反之则较长；同时目标拍摄面上具有凹陷位置的光线的光程较长，而具有凸起位置的光线的光程较短。然后依照光照均匀的原则调整照明器的发光表面上各个位置的发光强度，将光程较长的位置的发光强度加强，同时将光程较短的位置的发光强度降低，最终使目标拍摄面的发射光线的发光强度均匀，目标拍摄面的照度均匀，有利于成像器清楚地对目标拍摄面进行拍摄。如图3所示，图3为本发明所提供的一种具体实施方式中发光强度调节示意图，图中的a光线的光程较短，为弱光，b光线的光程较长，为强光。

如图2所示，图2为本发明所提供的一种具体实施方式的模块结构图。

本实施例还提供一种基于非均匀场的深海照明系统，主要包括距离检测模块1、距离判断模块2、第一执行模块3和第二执行模块4。

其中，距离检测模块1主要用于检测照明器与目标拍摄面间的距离，距离判断模块2主要用于判断所述照明器当前所属的照明距离状态。第一执行模块3与距离判断模块2信号连接，主要用于当所述照明距离状态为预设的近距离照明时，增加光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且减小光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比；第二执行模块4与距离判断模块2信号连接，主要用于当所述照明距离状态为预设的远距离照明时，减小光源中衰减强度大于预设阈值的光线的占比，且增加光源中衰减强度小于预设阈值的光线的占比。

本实施例所提供的基于非均匀场的深海照明系统的工作原理与前述基于非均匀场的深海照明方法相同，此处不再赘述。

另外，本实施例中还增设了光程检测模块5和光强调节模块6。其中，光程检测模块5主要用于检测所述照明器的发光表面上的各个位置出射的光线到成像器间的光程，而光强调节模块6主要用于根据所述光程检测模块5的检测结果调整所述照明器的发光表面上各个位置的发光强度，以使所述目标拍摄面的照度均匀。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。