[發(fā)明專利]一種雙目成像式水下光譜反射率原位測量裝置及測量方法

在審

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• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109444056A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 宋宏;吳超鵬;申屠溢醇;王文鑫;萬啟新;楊萍;方美芬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01V8/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種雙目成像式水下光譜反射率原位測量裝置及測量方法，包括雙目光譜成像子系統(tǒng)、水下寬光譜LED光源、水體衰減系數(shù)測量儀、控制單元、接收端光端機、上位機、支架；其中，雙目光譜成像子系統(tǒng)包括兩臺參數(shù)完全相同的第一水下光譜成像儀和第二水下光譜成像儀；第一水下光譜成像儀和第二水下光譜成像儀同步采集水下目標物光譜圖像序列；水體衰減系數(shù)測量儀固定于支架上，用于測量水體光學衰減系數(shù)，第一水下光譜成像儀、第二水下光譜成像儀、水下寬光譜LED光源和水體衰減系數(shù)測量儀均與控制單元相連，控制單元與接收端光端機相連，接收端光端機與上位機相連。本發(fā)明能實現(xiàn)水下目標物表面光譜反射率的原位、定量、準確測量。

技術領域

本發(fā)明涉及一種水下光譜反射率測量裝置，尤其涉及一種雙目成像式水下光譜反射率原位測量裝置及測量方法。

背景技術

物體表面的光譜反射率是物體表面所反射的光譜輻射能量與入射到物體表面的光譜輻射能量之間的比值，體現(xiàn)了物體表面對不同波長光的反射能力，是物體的本征屬性之一。物體光譜反射率這一特性已經在衛(wèi)星遙感、農業(yè)、食品、生物醫(yī)學、軍事等領域得到了非常廣泛的應用，但是相關研究和應用主要還是集中在陸地和海面，而對于水下研究及應用相對較少。

隨著人類對海洋研究的不斷深入，人們對于水下環(huán)境監(jiān)測和探測的要求也在不斷提高，世界各國科研人員正積極探索如何定量、準確地獲取水下物體表面的光譜反射率，并基于此對海底物體(如海底表面的礦物、生物、人造物體)進行分類識別、對海洋生態(tài)環(huán)境進行更有效的監(jiān)測。光譜成像技術將空間維度與光譜維度相結合，可以實現(xiàn)圖譜合一，可以得到更直觀、豐富、準確的物體信息，因此，通過水下光譜成像技術原位、定量獲取水下物體表面的光譜反射率是一種十分有應用前景的探測手段。

通常水下環(huán)境為微光甚至黑暗環(huán)境，需要采用水下人造光源對水下光譜成像進行輔助照明。然而，由于光在水中傳輸?shù)倪^程中，水體(包括水、水中懸浮顆粒物、水中溶解物質等)會對光產生嚴重的吸收和散射衰減作用，導致光的能量整體減弱、能量在不同波長的相對分布發(fā)生變化，因此，需要對原始水下光譜圖像進行水體衰減補償以還原物體表面真實的光譜信息。美國專利(CN 203444122 U，US Patent 8,767,205)提出了一種水下高光譜成像系統(tǒng)，并通過與水下測距裝置協(xié)同工作，補償水體衰減的影響，獲取水下光譜圖像信息，但由于其成像方式僅為成像面探測，無法得到物體表面三維信息，故存在光譜信息補償誤差，且該系統(tǒng)不能原位獲得水下物體表面光譜反射率數(shù)據。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種雙目成像式水下光譜反射率原位測量裝置及測量方法，利用兩臺水下光譜成像儀同步獲取水下物體光譜圖像，并基于雙目視覺原理計算物體的三維空間坐標，從而獲得物體上每一個點與光譜成像儀之間的空間距離；根據同步測量的水體衰減系數(shù)，補償水體對光譜的衰減；根據水下光譜成像儀光譜響應與絕對輻射度之間的定標模型，獲得物體表面所反射的光譜輻射能量；再根據水下LED光源的水下光場分布模型，計算入射到物體表面的光譜輻射能量，從而得到物體表面的光譜反射率。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種雙目成像式水下光譜反射率原位測量裝置，包括雙目光譜成像子系統(tǒng)、水下寬光譜LED光源、水體衰減系數(shù)測量儀、控制單元、接收端光端機、上位機、支架；其中，所述雙目光譜成像子系統(tǒng)包括兩臺參數(shù)完全相同的第一水下光譜成像儀和第二水下光譜成像儀，兩者平行安裝在支架的左右兩側且前端面位于同一平面上；所述第一水下光譜成像儀和第二水下光譜成像儀同步采集水下目標物光譜圖像序列；所述水體衰減系數(shù)測量儀固定于支架上，用于測量水體光學衰減系數(shù)，所述第一水下光譜成像儀、第二水下光譜成像儀、水下寬光譜LED光源和水體衰減系數(shù)測量儀均與控制單元相連，控制單元與接收端光端機相連，接收端光端機與上位機相連。