水下光量子关联成像__解释说明以及概述

水下目标偏振成像探测技术研究水下目标偏振成像探测技术研究目前，随着科学技术的快速发展，人们对于水下目标的探测与成像技术提出了更高的要求。

传统的成像技术在水下存在着许多限制与挑战，例如水质影响、光线衰减等，导致成像质量较低。

而近年来，水下目标偏振成像探测技术逐渐崭露头角，并在水下探测领域取得了显著的成果。

本文将重点研究水下目标偏振成像探测技术的原理、方法以及应用前景。

水下目标偏振成像探测技术是利用光的偏振特性进行目标探测和成像的一种新兴技术。

光波传播时会受到水介质的吸收、散射以及反射等因素的影响，而波长较长的红外光波在水中的传输损失相对较小，因此我们可以选择合适波长的红外光进行水下目标的探测与成像。

偏振成像探测技术的基本原理是通过采集目标表面反射光的偏振信息，借此获取目标特征并进行成像。

在水下环境中，利用偏振成像技术可以有效地抑制散射光与背景噪声，提高成像质量和目标的对比度。

因此，水下目标偏振成像技术在海洋勘探、水下生态环境监测以及水下遗址考古等领域具有广阔的应用前景。

水下目标偏振成像探测技术的方法主要有两种，分别是直接法和间接法。

直接法是通过直接测量目标表面反射光的偏振状态，然后根据偏振光的传输特性进行成像。

这种方法可以获得较高的成像分辨率和目标对比度，但在实际应用中存在困难，由于水下环境中的大气湍流、光散射等因素，导致目标偏振信息容易受到干扰。

间接法是通过分析目标散射光与背景光的偏振差异来确定目标位置与形态，然后进行成像。

这种方法相对直接法更为稳定可靠，但成像分辨率相对较低。

未来的研究方向主要集中在两个方面：一是完善水下目标偏振成像探测技术的理论基础，探究光波在水中的传播规律和散射特性，以提高成像质量和目标对比度；二是开发更高效、更精确的探测设备与算法，以提升水下目标偏振成像的实际应用能力。

这些研究对于加深我们对水下世界的了解，保护海洋环境，促进水下资源开发与利用等方面具有重要的意义。

综上所述，水下目标偏振成像探测技术是一项具有广阔应用前景的水下探测技术。

水下成像技术在深海勘探中的应用研究一、简介随着人类勘探探索的深入，深海成为了重要的研究领域。

作为大海内部的黑箱，深海的情况依然是未知的。

从深入探测，了解地球自身的结构和构成，到深入挖掘自然资源，深海勘探的使命迫在眉睫。

然而，深海的水压和强烈的海流环境，常常让深海探测成为人类探索的难题。

水下成像技术在深海勘探中的应用研究，将为深海探测提供了新的突破口。

二、水下成像技术的分类水下成像技术是一门复杂的学科，分类很多，本文着重介绍以下三大类。

1.声波成像技术声波成像技术主要利用声波在水中传播的特性进行成像。

其中，声纳和多波束声纳是常用的一种声波成像技术，可用于深海中距离短，分辨率高的成像。

2.激光成像技术激光成像技术主要利用激光在水中的散射作用进行成像。

其中，激光测距和棱镜扫描技术是比较常见的成像技术之一，可以用于深海中长距离、大视场的成像。

3.摄像机成像技术摄像机成像技术算是最为普遍的一种水下成像技术。

这种技术通过在摄像机的内部或摄像机周围进行灯光的照射，使得摄像机成像。

这种技术在水下成像技术的范围内是成熟和可靠的技术之一。

三、深海勘探中的应用1.水下地形勘探水下成像技术可对大型海底地形进行高分辨率成像，如水下火山、海山、洋底盆地等。

此外，它在建设海底隧道和埋深型海底管道等工程方面也具有广泛的应用价值。

在深海勘探中，声波成像技术和多波束声纳应用较为广泛，适用于水声传感器和水下机器人对海底地形的探测。

2.水下生物勘探通过摄像机成像技术，我们能够直接观察深海中的生物活动，甚至不同物种之间的相互作用。

利用水下成像技术可以更好地了解深海动植物的生态系统和资源，以及人类对深海的影响。

它对于深海生物研究、深海资源开发与保护、深海环境监测等方面，也产生了积极的作用。

3. 海底文物探测与保护许多珍贵的文物和重要的考古遗址都存在于深海中，但是由于水压环境和海流的影响，这些文物很容易被损坏或分解。

通过水下成像技术可以更好地发掘和保护这些文物，而不会对其造成任何影响。

水下光通信技术介绍随着海洋资源的开发和海底科学研究的深入，水下光通信技术的发展成为了不可避免的趋势。

水下光通信是利用光传输信息的一种通信技术，具有高速、大带宽、低能耗等优点，同时也面临着诸多挑战。

本文将对水下光通信技术的原理、应用和挑战进行介绍。

原理水下光通信的原理是利用光的传输来传递信息，其传输基本原理与光纤通信类似。

在海水中，光波会随着深度的增加而衰减。

因此，水下光通信中需要使用高功率的激光器，使光波能够在海水中长时间传输。

其主要组成部分包括激光器、光学透镜、探测器和调制器等。

数据信息通过调制器将数字信号转化为光信号，然后通过激光器发射出去，接收器将光信号转化为数字信号。

水下光通信需要抵抗水流等因素对光信号的干扰，因此，需要通过隔离、过滤等方式对光信号进行处理。

应用水下光通信技术在海洋工程、海洋研究、海底勘探和海洋生态监测等领域具有重要的应用价值。

首先，水下光通信可以实现海洋科学研究和海底资源开发的高速传输，使得海洋工程得以高效运作。

其次，水下光通信技术可以实现海洋环境远程监测和海洋生态保护，保障海洋生态的健康发展。

此外，水下光通信技术也可以被应用于海底油气管道、海底光缆、海底电力系统等领域，实现快速、高效、可靠的信息传输，为海洋资源开发提供技术支持。

挑战尽管水下光通信技术具有巨大的应用前景，但是其在实践应用过程中仍然面临着一些挑战。

其中，较大的损耗和衰减是水下光通信技术的主要挑战之一。

由于水的浑浊程度、水中悬浮物的质量、温度和盐度等因素的影响，光在水中会发生多次反射、折射和散射。

这些因素会对光的传输产生干扰，从而降低了水下光通信的传输速率和传输距离。

此外，在水下光通信的设计和制造过程中，还需要考虑防水、耐压和耐腐蚀等因素，这需要应用高品质的材料和先进的技术。

这些挑战都需要通过技术创新和优化来解决。

结论水下光通信技术是一种迅速发展的新型通信技术，具有巨大的应用前景。

通过高效传输信息实现海洋工程、海洋研究和海底资源开发等多种工作的高效运作，同时也需要克服诸多挑战，如应对水流干扰、降低损耗和衰减等问题。

水下激光成像技术5 水下激光成像技术本文主要介绍了近年发展起来的三种主要的激光水下成像方法，即常规水下激光成像、高分辨率水下激光三维成像和偏振激光成像，分析了它们各自的工作原理、特点以及各自的发展状况。

水下成像技术在水下目标发现、海面材料探测及海洋地理工程中具有广泛而重要的应用价值，正受到各国研究者的日益重视。

与我们平常所见空气中成像技术不同，水介质的特性是强散射效应和快速吸收功率衰减，因此直接将摄像机运用到水中，由于强散射效应，图像的噪声很大，且距离有限。

激光器的运用从某种程度解决了成像的距离问题，在过去的几年中，成像距离和图像质量得到了很大程度的提高，这些进步都是因为采用了非传统成像技术和激光技术。

本文对主要的几种水下成像技术进行了分析，讨论了它们各自的技术原理和发展动态。

5.1工作原理由上所述，与大气成像技术相比，水下成像技术的重点是要减小水这一特定介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对成像质量的限制。

目前已经有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果，它们的工作原理和技术特点见表1。

表1 主要水下成像技术的工作原理比较5.1.1常规激光水下成像技术常规水下成像技术包括激光扫描水下成像和距离选通激光水下成像。

其中激光扫描水下成像是利用水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。

该技术采用准直光束点扫描和基于光电倍增管的高灵敏度探测器的窄视域跟踪接收。

如图1，在这种系统中，探测器与激光束分开放置，激光发射器使用的是窄光束的连续激光器，同时使用窄视场角的接收器，两个视场间只有很小的重叠部分，从而减小探测器所接收到的散射光。

利用同步扫描技术，逐个像素点探测来重建图像。

因此这种技术主要依靠高灵敏度探测器在窄小的视场内跟踪和接收目标信息，从而大大减小了后向散射光对成像的影响，进而提高了系统信噪比和作用距离。

距离选通成像系统采用一个脉冲激光器，具有选通功能的像增强型CCD成像期间，通过对接收器口径进行选通来减小从目标返回到探测器的激光后向散射。

2021.16科学技术创新水下光学成像技术及应用孙鹏(上海瑞洋船舶科技有限公司,上海201108)水下成像技术主要应用于水下作业,在水这种介质中传播时光的能量会有较多损耗,同时容易产生光噪声,而且光在水中会发生折射和散射,这样一方面会造成光的能量受损成像质量差,另一方面系统成像距离受损。

在水下成像技术发展的初级阶段,虽然能通过增加光的强度的方法改善成像效果,但光会出现反向噪声的问题。

近年来激光技术得到了广泛研究与发展,激光被应用到水下成像技术,发展出了水下激光成像技术。

采用激光,能改善光的散射效应和吸取功率减退效应,这样一来水下成像质量得到了极大的提高,同时也增加了勘测的距离。

目前水下激光成像系统广泛应用于海洋开发、军事、工程应用方面,比如海上走私船监视、海上军事装备的检修与监控、海底军事目标的搜查以及海底隧道的勘测维修等。

近几年水下成像技术发展迅速,在实用阶段取得了良好的效果,尤其是在系统成像深度及效果方面进步显著,这些进步与激光技术和先进成像技术的发展密不可分。

但是在面对内河水域,尤其是水质浑浊甚至潜水员在水下的能见度为零的时候,常规水下成像技术显得力不从心,在确定水下物品价值、水下物品型号等方面显得捉襟见肘,无法及时完成水下作业的前期考察准备工作。

因此在浑水、含泥沙量大、潜水员在水中能见度为零或近似于零的水域下研发一种浑浊水域水下光学成像设备称为当前亟待解决的技术问题。

1水下成像技术原理及其重要性在自然环境下,高效获取图像信息并对其进行处理和分析较为困难,这是因为在光学成像系统内,其自身的能见度和所得图像的对比度过低,无法得到高质量图像信息。

具体而言,光在水体中存在能量损失和散射,使得有效光线在传输过程中失真,造成成像模糊,无法达到水下勘测目的。

此外,光在水中受水中物质影响会出现光噪声,对目标反射光造成了很大的干扰,这会降低图像的对比度。

因此水下光学成像退化的主要原因就是水会不同程度地吸收不同光波;水中悬浮颗粒造成光的散射;当光穿过水体时,水体中存在多种物质的单位长度对不同光波的光的衰减作用各不相同,这会导致图像的颜色失真。

li-1400水下光量子量程及分辨率参数Li-1400水下光量子计是一种用于测量水下光照强度的仪器，具有广泛的应用领域，包括海洋生物学、海洋环境科学、海洋工程等领域。

它能够准确测量和记录水下光照强度，提供了可靠的数据支持，有助于我们了解海洋环境，并进行相关科学研究。

水下光量子计的量程是指它能够测量的光照强度范围。

Li-1400水下光量子计的量程通常在0-400 μmol/m²/s之间，这个范围可以满足大多数水下光照强度的测量需求。

光照强度单位为微摩尔/平方米/秒，表示单位时间内单位面积上光照强度的能量。

分辨率是指测量仪器能够准确区分和测量的最小变化量。

对于Li-1400水下光量子计而言，它的分辨率通常在0.1 μmol/m²/s左右，这意味着它能够精确测量和记录光照强度的变化，提供高质量的数据。

分辨率的高低对于科学研究和环境监测来说非常重要，因为它直接影响到数据的准确性和可靠性。

Li-1400水下光量子计具有一系列的优点。

首先，它是一种便携式仪器，操作简便，可随时随地进行测量。

其次，它具有高度的灵敏度和准确性，可以测量水下非常微弱的光照强度，从而提供完整和细致的数据。

另外，它还具有高速响应的特点，可以实时监测光照强度的变化。

此外，Li-1400水下光量子计还具有较长的测量时间和大容量的数据存储空间，便于长时间的观测和记录。

Li-1400水下光量子计在海洋生物学研究中发挥着重要的作用。

海洋生物对光照的需求和反应非常敏感，光照强度的变化会影响海洋生物的生长、繁殖和行为等方面。

使用Li-1400水下光量子计，研究人员可以对海洋生物的光照环境进行详细的监测和分析，揭示海洋生态系统中光的作用机制和影响因素。

此外，Li-1400水下光量子计还可以用于海洋环境科学研究。

海洋环境中的光照强度是海水中溶解有机物、浮游植物等的重要影响因素之一。

通过使用Li-1400水下光量子计，科学家可以测量和分析海洋中的光照强度，帮助我们了解海洋环境的变化和演化过程，以及光照对海洋生态系统的影响。

水下光学成像技术的原理和应用一、水下光学成像技术的原理水下光学成像技术是一种将水下物体成像到地面或船舶上的技术。

其原理主要就是光在水中的传播规律和在水下进行成像的方法。

在水中，光的速度较空气中慢，同时受到的散射和吸收也较大。

这就导致了水下成像难度较大，同时也需要更高的技术水平。

水下光学成像技术的原理主要涉及两个方面：成像原理和光学原理。

1.成像原理水下光学成像的难点在于水是一种甚至超过了深灰的散射媒介。

堆积在水中的杂质和微小的有机物会降低光的穿透深度。

这样导致的结果是暗影和柔和的清晰度，使水下成像难以分辨。

当光从水中穿过时，其折射率的变化就会导致光线的弯曲，使得在水中看到的物体位置和形状发生变化。

为了解决这个问题，水下光学成像技术通常使用的方法是将成像设备放置在一个特制的罩子中，提高光线的穿透深度和成像清晰度。

2.光学原理在水下成像中，由于光线传输受到水的散射和吸收的影响，导致光线的强度和颜色发生变化。

光谱特性发生改变主要是光线在水中吸收的原因，有色物体（如草、藻）的存在会进一步加剧这种吸收现象。

因此，水下成像技术需要更加复杂的设计和处理方法来矫正这些因素，以获得清晰和准确的图像。

二、水下光学成像技术的应用水下光学成像技术广泛应用于水下设备探测、海洋资源勘探等领域。

以下是一些具体应用领域的详细介绍：1.海洋环境监测水下光学成像技术在海洋环境监测中，可以为科学家们收集大量的海洋生物信息。

利用水下成像技术，研究人员可以直接观察海底和海洋生物群落，为科学家们提供有价值的信息。

2.水下设备安装检测水下光学成像技术可以帮助船舶或其他水下设备的安装工作，对水下运动设备的密封性、耐腐蚀性等问题进行检测和监管，确保其长期稳定运行，并缩短维护时间和维修周期。

3.珊瑚礁观测水下光学成像技术可以在水下拍摄珊瑚礁等海洋生物，这些生物组成了海洋生态系统的重要一环。

通过水下成像，可以记录珊瑚礁生物群落的变化和分布，了解海洋生态系统变化的动态过程，保护珊瑚礁的生态环境，减少人为干扰，实现珊瑚礁的可持续发展。

• 175•本文简单介绍了量子关联成像技术的原理和发展现状，并分析了与传统光学成像相比，关联成像技术的巨大优势和广阔的应用前景。

并由此相信，在不久的将来，量子关联成像技术必将成为探测领域、成像领域中一个重要的发展方向。

传统的光学成像实质上是透镜成像原理，我们通过肉眼获取外界信息，其实是凭借物体自身或者反射的光在视网膜上进行成像。

由于我们大多靠视觉获取知识，因此成像效果的好坏直接影响我们对外界知识的探索。

随着信息时代的到来，成像技术的发展也是日新月异。

20世纪以来，量子力学进入到了快速发展时期，包括量子通信、量子加密、量子成像等技术都有了很大突破。

其中量子关联成像技术，由于它的非局域性，抗干扰性，和巨大的应用前景，引起了人们的广泛关注。

1 关联成像的原理关联成像又称为鬼成像（Ghost Imaging ），是一种全新的光学成像手段。

传统的光学成像，是一种几何光学成像，它要求物体和像出现在同一个光域中，例如平面镜、照相机等。

而在关联成像技术中，物体和像不在同一个光域中，也就是说如果将物体放在一个光域下，通过相关测量，可以在另外一个光域下观察到物体的像。

图1 （赝）热光关联成像原理图关联成像在实验装置上主要经历了三个阶段：双光子纠缠关联成像，（赝）热光关联成像，以及计算关联成像。

论文以（赝）热光关联成像为例来介绍关联成像的成像原理，如图1所示。

激光照射到旋转的毛玻璃上形成随机散斑，随后这束光经由分光镜分成两束光强一样的光，其中一束光照射到物体上，并被放置在物体后面的桶探测器接收，该桶探测器没有空间分辨率，这个光路称为信号光路（或者物臂）。

另外一束光照射到具有空间分辨率的探测器上，如CCD 照相机，这个光路称为参考光路（或者参考臂）。

然后将这两路的测量结果进行关联计算，经过大量的测量可以重构出物体图像。

本文以传统的鬼像算法TGI 和经典的差分鬼像算法DGI 为例，使用matlab 做了仿真实验，原始图像是一副100×100px 的lena 图，结果如图2所示，其中2(a)是不同测量次数下DGI 算法重构的效果图，2(b)是不同测量次数下TGI 算法重构的效果图。

水下显微成像技术研究及在生物医学中的应用随着科技的飞速发展，生物医学领域也迎来了新的技术突破。

在这个领域中，水下显微成像技术作为一种先进的成像技术，已经成为了实验室和医疗机构中必不可少的工具之一。

水下显微成像技术的原理很简单，就是通过显微镜将样品显微成像。

通常情况下，显微镜的成像需要在空气中进行，但是对于水下生物体来说，它们无法在水外生存，所以需要一种适应水下环境的显微成像技术。

因此，水下显微成像技术应运而生。

水下显微成像技术的应用非常广泛，特别是在生物医学领域，这项技术在许多领域都有所应用，包括恶性肿瘤的检测、药物研究、生物分子内部结构的研究等。

下面我们来一一介绍它的应用。

水下显微成像技术在恶性肿瘤检测中的应用对于肿瘤细胞的研究，水下显微成像技术已广泛应用。

在一些癌症病例中，肿瘤细胞经常出现在水中，这时只有通过水下显微成像技术才能起到作用。

同时，水下显微成像技术的应用可以促进细胞的生长和分裂，可以更好地观察肿瘤细胞的生长和发展过程。

药物研究中的水下显微成像技术水下显微成像技术可以帮助科学家更好地观察药物的作用过程。

药物可以让细胞产生一个反应，但是这个反应过程中需要观察到许多细节，这就是水下显微成像技术的优势所在。

这项技术可以在不破坏细胞的情况下，更好地观察药物作用的整个过程，帮助科学家更好地理解其中的机理。

生物分子内部结构的研究生物分子内部结构的研究非常困难，因为这些分子通常是非常小的，无法肉眼所见。

在这种情况下，水下显微成像技术成为了一种高效的解决方案。

它可以提供高清晰度的图像，可以帮助科学家更好地了解这些分子的结构、形态和功能。

这样就可以更好地理解细胞的功能和行为，为研究健康和疾病提供新的信息和线索。

综上所述，水下显微成像技术在生物医学领域中应用广泛，它可以更好地观察生物样本中微观结构，提供生理和医学研究中所需的高质量数据。

正因为其在生物医学领域中的广泛使用，水下显微成像技术必将在未来继续获得重大突破，为改善生命质量、促进人类健康和长寿作出更为显著的贡献。

量子成像的原理及应用1. 引言量子成像是一种基于量子理论的图像获取和处理技术。

它借助量子叠加和纠缠等现象，能够在某些场景下提供比经典成像技术更好的效果。

本文将介绍量子成像的原理以及其在不同领域的应用。

2. 量子成像的原理2.1 量子态叠加量子态叠加是量子成像的基础。

在经典世界中，我们只能观测到某个系统处于确定的状态。

但在量子世界中，一个系统可以同时处于多个状态的叠加态。

这种叠加态可以通过控制量子比特（qubits）的相位和幅度来实现。

2.2 量子纠缠量子纠缠是量子成像的关键。

当两个或多个量子比特之间存在纠缠时，它们的状态会紧密关联，即使远离彼此也能互相影响。

通过利用量子纠缠，可以将信息传递和处理速度提高到超光速。

2.3 量子测量量子测量是量子成像的重要步骤。

通过对量子系统进行测量，可以获取到一系列离散的结果。

测量结果的概率分布可以提供有关系统状态的信息。

对量子态进行测量后，可以得到图像的具体数据。

3. 量子成像的应用3.1 量子计算机量子成像在量子计算机领域有重要应用。

量子计算机利用了量子叠加和纠缠特性，能够在处理某些问题时提供指数级的加速效果。

量子成像技术可以提供更高分辨率和更低误差率的图像处理能力，使得量子计算机在处理图像和视觉任务时更加高效。

3.2 量子通信量子成像在量子通信领域也有应用潜力。

量子通信利用了量子纠缠的特性来实现更高安全性的通信。

量子成像技术可以用于量子密钥分发和量子隐形传态等通信协议，提供更安全和可靠的通信方式。

3.3 医学影像量子成像在医学影像领域有广泛应用。

传统的医学成像技术如X射线、MRI和CT等在辐射和分辨率方面存在限制。

通过利用量子叠加和纠缠特性，量子成像可以提供更低剂量的成像和更高分辨率的图像，从而改善医学影像诊断和治疗效果。

3.4 遥感测绘量子成像在遥感测绘领域也有应用前景。

遥感技术是获取地球表面信息的一种方式，但传统的遥感成像技术在分辨率和光谱范围上存在一定限制。

水下声学成像的光学与声学结合研究在探索海洋的奥秘和水下世界的过程中，水下成像技术发挥着至关重要的作用。

水下声学成像作为其中的一种重要手段，近年来，其与光学成像的结合研究正逐渐成为热点，为我们更清晰、更全面地了解水下环境带来了新的可能。

水下环境复杂多变，给成像带来了诸多挑战。

光线在水中的衰减和散射严重，使得光学成像的范围和清晰度受到很大限制。

而声学成像虽然能够在较大范围内进行探测，但分辨率相对较低，难以捕捉到精细的物体结构和细节。

因此，将光学与声学成像相结合，充分发挥两者的优势，成为了提高水下成像质量的关键。

光学成像的原理基于光线的反射和折射。

当光线照射到物体表面时，会发生反射，反射光进入相机镜头，从而形成图像。

在水下，由于水对光线的吸收和散射，导致光线传播的距离有限，且成像容易受到水中杂质和微小颗粒的干扰，产生模糊和失真。

然而，光学成像在分辨率方面具有显著优势，能够清晰地呈现物体的表面特征和颜色信息。

声学成像则是利用声波在水中的传播和反射来获取物体的信息。

声波在水中的传播速度相对稳定，且衰减较小，能够实现较远的探测距离。

但声波的波长较长，限制了其分辨率，对于细小的物体和复杂的结构难以准确描述。

为了实现光学与声学的有效结合，研究人员开展了大量的工作。

一种常见的方法是采用多模态传感器，同时获取光学和声学图像。

通过对这两种图像的融合处理，可以弥补各自的不足。

例如，在对海底地形的探测中，可以先利用声学成像获取大范围的地形轮廓，然后结合光学成像获取局部区域的细节和纹理特征，从而得到更精确的地形模型。

在图像融合方面，需要解决的关键问题是如何准确地配准光学和声学图像。

由于两种成像方式的原理和特性不同，获取的图像在空间位置和尺度上可能存在差异。

因此，需要通过复杂的算法和图像处理技术，对图像进行对齐和匹配。

同时，还需要考虑如何有效地融合两种图像的信息，以突出有用的特征，抑制噪声和干扰。

除了硬件和图像融合技术，信号处理也是光学与声学结合研究中的重要环节。

水的光学特性及其对水下成像分析水下光学成像技术是当前探索水下奥秘的基本方法之一，在生物学、地质学、港口工程等多个领域内有重要的意义，但由于水本身的性质，其作为介质时的光学性质与空气有所不同，光线在水下传播时水体对光线的吸收和后向散射会造成很大的图像噪声，降低图像质量，加之传输距离有限，一般的成像系统在水中使用时像差会发生变化，色差和畸变明显增大，成像质量差，图像清晰度低，因此有必要对水的光学特性及其对水下光学成像质量的影响进行研究，以为适用于水下环境的特殊成像系统的研制提供理论基础。

一、水的光学特性光在水介质和空气介质中的传输有着较大的差异，介质的密度对光的吸收和散射有着很大的影响，空气的密度小因而对光的吸收和散射也相对较小，水的密度为空气的800多倍，对可见光有着严重的吸收和散射作用。

水对光波的散射和吸收可造成光在水中的衰减，即使是在最纯净的水中，水对光也有着严重的衰减，且是按指数规律迅速衰减，水介质对光的衰减特性通常是使用衰减长度表示。

（一）水对光的选择吸收特性水对光的吸收在不同的光谱区域是不同的，具有明显的选择性。

水对光谱中的紫外和红外部分表现出强烈的吸收，在可见光谱区段，吸收最大的分别是红色、黄色和淡绿光谱区域。

纯净水和清的大洋水在光谱的蓝-绿区域透射比量大，其中波长为462-475nm的蓝光衰减最少。

但在这个蓝-绿窗口，水的吸收也足以使光的强度每米衰减约百分之四。

其它颜色的光被吸收得更多，几米之外几乎完全消失了。

（二）水对光的散射特性如果水下仅存在对光能量的吸收，可以通过加大照明光源功率来提高水下成像距离，但水对光的散射现象随着照明的增强更趋严重，使水下成像更为困难。

水中光散射是指光在水中传播时，受到介质微粒的作用，偏离原来直线传播的方向。

水中散射有两种，即纯水本身产生的散射和由悬浮粒子所引起的散射。

散射方式主要有前向散射和后向散射。

比入射光波长小很多的无吸收粒子的散射遵从瑞利定律，散射粒子的大小接近于入射光的波长时，存在着一个比较复杂的共振状态，称为米氏散射。

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与大气成像技术相比，水下成像技术的研究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。

目前主要有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果，它们的工作原理和技术特点如下所述。

1 同步扫描成像同步扫描技术是扫描光束(连续激光)和接收视线的同步，利用的是水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。

该技术采用准直光束点扫描和基于光电倍增管的高灵敏度探测器的窄视域跟踪接收。

如图1，激光扫描装置器使用窄光束的连续激光器, 同时使用窄视场角的接收器, 探测器与激光扫描装置分开放置，这样使得被照明水体和接收器视场的交迭区域尽量减少, 从而让后向散射光尽量少地进入接收器中,再利用同步扫描技术, 逐个像素点探测来重建图像，有效地提高成像的信噪比和作用距离。

美国Westinghouse 公司为美国海军生产的一种机械同步扫描SM2000 型水下激光成像系统, 其成像距离是普通水下摄像机的3 ～5 倍，有效视场可达70°，在30m 作用距离上可分辨25mm 量级的图像。

该系统的有效视场大约为距离选通技术的5 倍, 成像质量(即分辨率)也比距离选通好。