[發(fā)明專利]一種水下后向散射傳遞函數(shù)的光學(xué)測(cè)試裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710379504.2
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107421720B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵晶;孫樹峰;譚繼文;韓素立;劉新福;陳成軍;林海波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種水下后向散射傳遞函數(shù)的光學(xué)測(cè)試裝置，包括水箱體、光學(xué)系統(tǒng)、第一圖像傳感器和第二圖像傳感器，其中，所述水箱體內(nèi)依次設(shè)置有吸光裝置和懸浮顆粒，所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于水箱體外，接收成像目標(biāo)接收光照后經(jīng)過懸浮顆粒形成的后向散射，所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器安裝于光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，接收不同焦面位置的圖像，根據(jù)第一圖像傳感器和第二圖像傳感器同步采集后向散射的圖像，通過分析二者圖像之間的差異，獲取后向散射的光學(xué)傳遞函數(shù)。本發(fā)明利用后向散射在光學(xué)系統(tǒng)中的傳遞函數(shù)不是隨機(jī)變化的特點(diǎn)，可以為水下光學(xué)系統(tǒng)的研制提供準(zhǔn)確穩(wěn)定的光學(xué)參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水下后向散射傳遞函數(shù)的光學(xué)測(cè)試裝置及方法。

背景技術(shù)

后向散射是制約水下光學(xué)成像作用距離的主要因素。然而由于散射的隨機(jī)性，導(dǎo)致后向散射的光學(xué)特性難以提取，水下凝視光學(xué)成像質(zhì)量難以提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種水下后向散射傳遞函數(shù)的光學(xué)測(cè)試裝置及方法，本發(fā)明通過測(cè)試后向散射在光學(xué)系統(tǒng)中的傳遞函數(shù)，獲取準(zhǔn)確、穩(wěn)定的光學(xué)參數(shù)，為水下高性能光學(xué)成像系統(tǒng)的研制提供數(shù)據(jù)支持。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種水下后向散射傳遞函數(shù)的光學(xué)測(cè)試裝置，包括水箱體、光學(xué)系統(tǒng)、第一圖像傳感器和第二圖像傳感器，其中，所述水箱體內(nèi)依次設(shè)置有吸光裝置和懸浮顆粒，所述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置于水箱體外，接收成像目標(biāo)接收光照后經(jīng)過懸浮顆粒形成的后向散射，所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器安裝于光學(xué)系統(tǒng)的光軸上，采集不同焦面位置的圖像，根據(jù)第一圖像傳感器和第二圖像傳感器同步采集后向散射的圖像，通過分析二者圖像之間的差異，獲取后向散射的光學(xué)傳遞函數(shù)。

進(jìn)一步的，所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的等效光路存在軸向間距。

進(jìn)一步的，所述軸向間距Δf滿足

其中，λ為照明光的中心波長(zhǎng)，NA為像方數(shù)值孔徑。

進(jìn)一步的，光照由光源發(fā)出，且該光源的照射角度可調(diào)。

光源發(fā)射的照明光照射到水箱體中的散射粒子發(fā)生前向散射和后向散射，其中前向散射和剩余的照明光被吸光裝置所接收。

進(jìn)一步的，后向散射進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過分光板被分為兩束，一束成像于第一圖像傳感器，另一束成像于第二圖像傳感器。

所述散射粒子懸浮于水箱體的液體中。

所述吸光裝置安裝于水箱體的一側(cè)，用于吸收額外的雜光。

第一圖像傳感器和第二圖像傳感器與控制器通信，控制器將后向散射N_b作為成像目標(biāo)，離焦距離為f像面的后向散射像U_b為：

其中，*為卷積運(yùn)算，P為光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，x,y為像方笛卡爾坐標(biāo)系，r,為物方極坐標(biāo)系，f為離焦量。離焦距離為f+Δf像面的后向散射像U_b'為：

后向散射在軸向間距為Δf兩個(gè)像面間的傳遞函數(shù)為：

為傅里葉變換。

一種水下后向散射傳遞函數(shù)的光學(xué)測(cè)試方法，光學(xué)系統(tǒng)接收散射粒子的后向散射，采集光學(xué)系統(tǒng)不同焦面位置的圖像，通過分析二者圖像之間的差異，獲取后向散射的光學(xué)傳遞函數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：