水下光电成像技术与装备研究进展(下)

技术成熟度评估方法及其在水下战装备上的应用
钱东;崔立;肖昌美
【期刊名称】《鱼雷技术》
【年(卷),期】2006(014)001
【摘要】为了有效降低装备研制的技术风险,技术成熟度评估一直是装备采办中令人关注的问题,它提供了一种解释特定技术成熟度的客观方法,其目的是简明扼要地表达了特定技术的开发状态和技术风险.本文介绍和分析了国外装备技术成熟度的分级、对应的研发阶段以及已经应用的评估方法,分别从武器装备采办、UUV、声纳、鱼雷以及潜艇作战系统五方面给出了技术成熟度在水下战装备领域中的应用示例,并讨论了有关的应用问题.
【总页数】7页(P1-7)
【作者】钱东;崔立;肖昌美
【作者单位】海军装备研究院,北京,100073;海军装备研究院,北京,100073;海军装备研究院,北京,100073
【正文语种】中文
【中图分类】TJ67;E257
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光电信息科学与工程在海洋开发中的应用近年来，随着科学技术的不断进步和社会经济的快速发展，人们对于海洋资源的开发利用越来越重视。

而光电信息科学与工程作为一门新兴的科学领域，因其在海洋开发中的广泛应用而愈发受到人们的关注。

本文将就光电信息科学与工程在海洋开发中的应用进行探讨。

一、海洋资源勘探与开发1.水下光学成像技术水下光学成像技术是一项重要的海洋资源勘探技术。

通过利用光电信息科学与工程的成果，可实现对海底地形、水下生态等的高清晰度成像，为海洋资源的勘探提供了有效手段。

2.海底光纤通信技术海底光纤通信技术是现代海洋开发中不可或缺的一项技术。

借助光电信息科学与工程，可以实现海底光纤的布线与维护，为海洋资源的开发与利用提供高速、稳定的通信传输方式。

二、海洋生态环境保护1.水下光学监测技术水下光学监测技术是海洋生态环境保护的重要手段之一。

利用光电信息科学与工程的技术手段，可以实时监测水质、水温、海洋生物分布等指标，及时掌握海洋生态环境的变化情况，为海洋资源的保护和可持续利用提供数据支持。

2.海洋生物光学研究海洋生物光学研究是光电信息科学与工程在海洋生态环境保护中的一大应用领域。

通过探究海洋生物的光学特性，可以揭示海洋生态系统的结构与功能，为海洋生态环境的保护与恢复提供科学依据。

三、海洋能源开发利用1.海洋太阳能利用利用光电信息科学与工程的技术手段，可以实现对太阳能的高效利用。

在海洋能源开发中，通过太阳能光伏发电和太阳能热发电等方式，可以实现对海洋能源的利用，进一步促进海洋能源的可持续发展。

2.潮汐能、波浪能利用光电信息科学与工程的技术进展也为潮汐能、波浪能等海洋能源的开发提供了支持。

通过光电传感、光电转换等技术手段，可以实现对潮汐和波浪等能源的捕捉和转换，为海洋能源的开发利用提供技术保障。

综上所述，光电信息科学与工程在海洋开发中展示出巨大的应用潜力。

通过水下光学成像技术的发展，可以实现对海洋资源的高清晰度勘探；海底光纤通信技术的应用，为海洋资源的开发与利用提供高速、稳定的通信传输方式；水下光学监测技术与海洋生物光学研究的发展，有助于海洋生态环境的保护与恢复；利用光电信息科学与工程的技术手段，可以实现海洋能源的开发与利用，进一步促进海洋能源的可持续发展。

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。

水下成像技术的技术原理和发展动态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。

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。

⒈常规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。

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。

在该系统中，非常短的激光脉冲照射物体，照相机快门打开的时间相对于照射物体的激光发射时间有一定的延迟，并且快门打开的时间很短，在这段时间内，探测器接收从物体返回的光束，从而排除了大部分的后向散射光。

由于从物体返回来的第一个光子经受的散射最小，所以选通接收最先返回的光子束可以获得最好的成像效果。

水下成像与图像增强及相关应用研究中期报告一、研究背景与意义：水下成像技术是一种重要的技术手段，随着人类活动范围不断扩大，水下成像技术越来越受到关注。

但是水下环境的特殊性质，如水下光学杂波、水下散射和吸收等问题，导致水下图像质量较差，难以满足实际需求。

因此，如何提高水下图像质量和对水下环境的理解，一直是水下成像技术研究的热点和难点。

图像增强技术是一种重要的数字图像处理技术，可以提高图像的视觉效果，使得图像更加清晰、有用。

因此，图像增强技术在水下成像领域中的应用具有较大的潜力。

二、研究内容和方法：本研究主要是从水下成像图像获取、图像增强方法及水下成像应用三个方面入手，主要研究内容如下：1.水下成像图像获取部分利用水下相机和声呐探测仪获取水下图像数据。

通过分析水下图像数据的特点，抽取图像质量评价指标，为后续的图像增强提供数据基础。

2.图像增强方法部分针对水下图像中经常出现的“雾化效应”、“散射效应”和“光线衰减效应”等影响因素，本研究采用的图像增强方法主要包括以下几个方面：（1）去雾算法：针对水下图像中的“雾化效应”，采用现有的图像去雾算法，例如基于暗通道先验、双边滤波等算法。

（2）散射去除算法：针对水下图像中的“散射效应”，采用现有的散射去除算法，例如基于 Retinex 算法、霍夫曼分解等算法。

（3）光线衰减补偿算法：针对水下图像中的“光线衰减效应”，采用现有的光线衰减补偿算法，例如对数光传输模型、直方图均衡化等算法。

3.水下成像应用部分研究将所采集的水下图像数据，通过图像增强后，分别用于水下物体辨认、水下目标检测等方面的应用，对所采用的图像增强算法进行性能评估和分析。

三、研究意义和预期成果：该研究旨在针对水下图像存在的问题，提出一种有效的图像增强方法，以提高水下图像的质量和效果，并在应用层面上进行相关研究，取得如下预期成果：（1）建立一种针对水下成像图像增强的技术方法，使得水下成像图像可以更加真实地反映水下环境。

光学成像技术在海洋开发中的应用随着海洋经济的不断发展，光学成像技术也越来越受到人们的关注。

光学成像技术是一种利用光学原理来获取图像的技术，其应用范围极为广泛，尤其是在海洋开发中的应用更是不可忽视。

本文将重点探讨光学成像技术在海洋开发中的应用以及未来的发展方向。

一、海洋资源勘探海洋资源勘探是指在海洋中寻找并开发可利用的资源。

光学成像技术可以通过光学传感器获取海洋中物体的图像信息，进而对海洋资源进行勘探。

通过光学成像技术可以获取海底地貌图像，分析海底矿产资源的分布情况，并帮助人们确定资源开采的位置。

此外，光学成像技术还可以对海洋中的生物资源进行勘探。

例如，利用潜水器搭载的光学成像设备可以获取珊瑚、海星等生物在海底的生态环境，帮助科学家研究海洋生态系统，从而更好地保护和利用海洋生物资源。

二、深海勘探深海勘探是指在深海中寻找并开发资源的工作。

深海勘探难度较大，但利用光学成像技术可以解决这一问题。

光学成像技术可以利用光电传感器对深海中的物体进行成像，如对深海火山口、海底峡谷等的分析，即使在光线较弱的环境下，也可以获得较好的成像效果。

另外，在深海的勘探中，光学成像技术还可以用于对深海生物进行观察和研究。

例如，利用各种光学成像设备，在深海中对生物的形态、生理、行为等多方面进行探索，研究深海生物的生命特性，为人类了解深海生态系统提供重要的科学依据。

三、海洋环境监测海洋环境监测是指对海洋环境进行长期、全面、系统的调查、监测和评价。

利用光学成像技术可以通过监测海水的透明度、颜色和浊度等参数，为海洋环境监测提供有效的手段。

光学成像技术还可以用于海洋污染监测。

例如，对于石油泄漏等海洋灾害事件，可以通过无人机、潜水器等载体搭载光学成像设备，对污染程度和范围进行实时监测，及时采取相应的对策，保护海洋生态环境的安全。

四、海底文物保护和考古研究海洋中保存着大量的历史文物，包括沉船、古建筑、文物遗址等。

这些文物的保护和研究对于我们了解人类文化的历史和发展具有重要的意义。

光学原理在水下成像技术中的应用研究水下成像技术在海洋科学、水下探测和潜水领域有着广泛的应用。

光学原理是水下成像技术中的重要基础，通过对光的传播与散射规律的研究，可以实现对水下环境的观测和图像重建。

本文将从水下成像的原理、光学传播的特点以及相关技术的应用等方面进行探讨。

首先，水下成像的原理是基于光的传播与散射规律。

在水下环境中，光线会受到吸收、散射和折射等影响，使得成像质量受到限制。

其中，水的吸收特性是主要因素之一。

随着水深的增加，光线的强度会逐渐减弱，波长较短的蓝光被吸收得更快，因此水下的景物会呈现出蓝绿色调。

此外，水中的悬浮颗粒和溶解物质也会引起光的散射，使得图像模糊不清。

因此，如何克服这些困难，提高水下成像的质量成为研究的重点。

其次，光在水中的传播具有一定的特点。

由于水的折射率较高，光线在水中传播时会发生折射现象。

这种折射会导致光线的传播方向发生改变，使得成像中的景物位置发生畸变。

为了解决这个问题，可以采用校正算法对成像结果进行修正。

此外，由于水的散射效应，光线在传播过程中会发生多次散射，使得光线的强度逐渐减弱。

因此，在水下成像中，需要选择合适的光源和增强光线的强度，以提高成像的亮度和清晰度。

在水下成像技术中，光学原理的应用是多样的。

其中，声光转换技术是一种常见的方法。

声光转换器将声波信号转换为光信号，通过水下传感器接收到的声波信号，可以得到水下物体的图像。

这种方法具有成本低、分辨率高等优点，广泛应用于水下探测和海洋科学研究中。

此外，激光扫描成像技术也是一种常用的水下成像方法。

激光扫描仪通过扫描激光束，得到水下物体的三维坐标信息，再利用计算机图像处理技术进行图像重建。

这种方法具有高精度、高分辨率的特点，适用于水下遗址勘探和潜水拍摄等领域。

除了声光转换和激光扫描成像技术，还有一些其他的水下成像方法。

例如，利用红外光成像技术可以突破水下光线散射的限制，实现对水下物体的观测。

红外光在水中的传播受到散射较小的影响，因此可以得到更清晰的图像。

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。