一种水下实时偏振成像系统的制作方法

本实用新型涉及水下成像设备领域，具体为一种水下实时偏振成像装置。

背景技术：

我国海洋资源丰富，但是开发海洋的先决条件是要能清晰地看到水下环境。在水体环境中，水会对光进行吸收散射，这就会导致光信息在水下极度缺失，同时水中存在各种各样微生物、颗粒物等，这些都是水下成像所要克服的问题。目前所使用的水下成像方法依旧是通过自然光源或者是led光源照明，ccd进行成像，再通过一些算法进行后期的图像处理，但是这种方法在水质特别清晰的理想情况下还可以使用，一旦运用到实际环境中，效果就会很不理想。因此，当前市场需求一款能够克服水下吸收散射等影响的实现水下实时高清成像设备。

技术实现要素：

针对当前水下吸收散射等影响，没有一款设备能够在水下高清成像的问题，本实用新型的目的是公开一款图像信息丰富，成像高清的水下实时偏振成像系统。

任何物体由于其材料不同，表面粗糙程度不同会有不同的偏振特性，光入射到物体表面上时会和物体发生相互作用,使散射光的偏振状态发生变化,这种变化和材料自身的介电常数、粗糙度、表面结构、含水量等有密切关系,根据物体的这个偏振特点，可以通过收集目标物的偏振信息，从而反推出目标物的图像信息。因此，本发明公开一款可有效减少水下吸收，散射等影响的能够在水下高清成像的水下实时偏振成像系统。

本实用新型实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种水下实时偏振成像系统，其特征在于：包括水下保护模块，偏振调制模块，激光照明模块，机械运动模块，传感器模块，上位机监测模块，以及中心处理模块；

水下保护模块由防水保护罩构成；

偏振调制模块包括一个四分之一波片、一个可作为四分之一波片的第一电控液晶相位延迟器、一个可作为二分之一波片的第二电控液晶相位延迟器、偏振片，通电之后第一电控液晶相位延迟器有一个四分之一的延迟，相当于四分之一波片；第二电控液晶相位延迟器有一个二分之一的延迟，相当于二分之一波片，两个电控液晶相位延迟器分开控制；这样每个电控液晶相位延迟器分别会有两种状态，不同状态的组合，最终会有四种状态，也就是对光进行四种状态的调制；

机械运动模块是由液压推动的机械手臂构成，可带动成像装置进行不同方位的图像摄取；激光照明模块由532nm激光器、光纤、以及出光口构成；

传感器模块是由水下ccd构成，用于收集调制之后的图像信息；

上位机监测模块是用于显示图像的图形处理器，用于实时观测水下不同偏振角度的图像信息；

中心处理模块协调各部分的同步处理，包括不同偏振角度的切换，图像信息的压缩传输；

光经过透镜进入偏振调制模块，来自目标物的图像信息经过偏振调制模块的调制后，进入到传感器模块，通过中心处理单元的处理，会在上位机监测模块中同时观测到目标图像的四种偏振角度的图像信息，这样会观测到比普通相机更加丰富的图像信息；在此期间，系统一直使用的是532nm的激光光源，通过光纤的引导，由出光口出光，绿光相对于自然光以及其他波长的光源来说，在水下穿透性更好，同时，受光的吸收散射影响也是最小的。

中心处理模块包括处理单元以及同步单元。

中心处理模块为8路hdmisdi多路视频采集卡，用来协调各部分的同步处理，包括不同偏振角度的切换，图像信息的收集压缩传输处理。

本实用新型具有以下的优点：

通过物体的偏振信息来进行目标物的图像获取，能够消除水下对光的散射吸收的影响，再经过相对算法优化从而呈现出水下的高清图像。

整个系统集成，体积小，活动方便，可快速进行图像获取。

使用532nm绿光激光光源，在水下透射性强。

使用电控液晶相位延迟器(lcvr)能够通过改变电压的开关量快速实现不同偏振角度的图像获取，简单快捷。

造价相对便宜，适合产业化推广。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型偏振调制模块结构示意图；

图3为中心处理模块进程示意图；

图4为图像显示示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本实用新型，如图所示，本实用新型包括水下保护模块，偏振调制模块，激光照明模块，机械运动模块，传感器模块，上位机监测模块，以及中心处理模块；

水下保护模块是由高分子聚合的水下保护罩组成，主要是保护偏振调制模块、传感器模块、中心处理模块等相关电路部分，目的是保护系统的正常水下工作，防止进水导致短路以及在水下礁石复杂环境中防止发生碰撞对机器导致的伤害。

所述偏振调制模块3由四分之一波片3.1、可作为四分之一波片的第一电控液晶相位延迟器(lcvr)3.2、可作为二分之一波片的第二电控液晶相位延迟器(lcvr)3.3、偏振片3.4构成.自然光经过透镜5进入偏振调制器，可作为四分之一波片的第一电控液晶相位延迟器(lcvr)3.2、可作为二分之一波片的第二电控液晶相位延迟器(lcvr)3.3可以分别在两种状态切换，没有通电状态下，不起相位延迟作用，通电状态电控液晶相位延迟器(lcvr)3.2可作为四分之一波片，电控液晶相位延迟器(lcvr)3.3可作为二分之一波片，两个液晶相位延迟器分开控制，共有四种组合，所以偏振调制器可以对目标物的反射光进行四个角度的偏振调制，分别是0度，-45度，45度，90度；所述水下保护模块2是由高分子聚合的水下保护罩组成；所述传感器模块13是一个可编程的水下高清ccd(蓝鲸梦数字网络水下摄像头)，作用是接受以及处理图像；所述激光照明模块由532nm激光器、光纤6、以及出光口4构成；所述机械运动模块由机械臂1构成，可以控制系统的运动来采集不同角度的图像。所述中心处理模块功能示意图3所述，光依次经过透镜5、偏振调制模块3、最终到达传感器模块13、处理单元12(米联客zynq700070107020)。其中14为同步单元(野火秉火stm32f429-v1主板)，可以协调传感器接受的偏振图像信息与偏振调制装置状态的切换，以确保每幅图片都可以采集到不同偏振角度的图像。

机械运动模块是由液压推动的机械手臂构成，通过控制液压流量大小可以调节整个系统运动的速度，目的是带动成像装置进行不同方位的图像摄取，可采用市购的机械手产品；激光照明模块由532nm激光器、光纤、以及出光口构成，采用532nm绿色激光光源主要是减少水对光的吸收散射影响，根据调研蓝绿光在水中透光性是最好的，激光器中内置散热装置可以保证激光器在连续时间内正常稳定工作；传感器模块是由水下ccd构成，用于收集调制之后的图像信息；上位机监测模块是小型的显示屏，用于实时观测水下不同偏振角度的图像信息；中心处理模块主要是同步同一图像的不同偏振态，保证各个图像的四个偏振状态都能够获取，同时对接收图像进行处理获得高清图像。

传感器模块是由水下ccd(蓝鲸梦数字网络水下摄像头)构成，摄像头提供开源接口，可以对接收图像进行后期的算法处理，用于收集调制之后的图像信息；上位机监测模块是用于显示图像的图形处理器(联想thinkpadx1carbon2019)，用于实时观测水下不同偏振角度的图像信息；中心处理模块(8路hdmisdi多路视频采集卡)协调各部分的同步处理，包括不同偏振角度的切换，图像信息的收集压缩传输处理等。本实用新型通过对水下目标物的反射光进行偏振调制，通过不同角度的调制来获取调制之后光的斯托克斯矢量信息，从而推算出入射光的斯托克斯矢量信息，获得目标物的图像信息，相比于普通相机而言，水下实时偏振成像系统可有效减少水下对光的吸收和散射的影响，通过目标物的偏振信息而获得水下高清图像。

系统启动运行，通过机械臂1来带动整个装置的移动，当移动到目标物时，光经过透镜5进入偏振调制模块3，来自目标物的图像信息经过偏振调制模块3的调制后，进入到传感器模块13，通过处理单元12(米联客zynq700070107020)以及同步单元14(野火秉火stm32f429-v1主板)等中心处理模块的处理，会在上位机监测模块中同时观测到目标图像的四种偏振角度的图像信息，如图4所示，这样会观测到比普通相机更加丰富的图像信息。在此期间，系统一直使用的是532nm的激光光源，通过光纤6的引导，由出光口4出光，绿光相对于自然光以及其他波长的光源来说，在水下穿透性更好，同时，受光的吸收散射影响也是最小的。