[發明專利]一種拖曳式水下熒光光譜成像儀及成像方法

在審

• 申請號: 201910262204.5
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109959452A
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 宋宏;萬啟新;郭乙陸;申屠溢醇;吳超鵬;王文鑫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J3/44
• 分類號: G01J3/44;G01J3/02;G01N21/64;B63C11/52
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種拖曳式水下熒光光譜成像儀及成像方法，包括拖曳體和通過內部支架安裝在拖曳體內部的照明模塊、熒光光譜成像單元、彩色圖像成像單元、高度測量單元、控制單元和電源模塊；所述照明模塊、熒光光譜成像單元、彩色圖像成像單元和高度測量單元均與控制單元相連，電源模塊為整個拖曳式水下熒光光譜成像儀提供工作電壓；其中所述照明模塊用于激發海底生物的熒光；所述光譜成像單元記錄發光物體的熒光光譜圖像；所述彩色圖像成像單元記錄發光物體的彩色圖像。本發明結構合理、操作簡單，能夠快速的拍攝到水下物體的偏振圖像。

技術領域

本發明設計一種水下光譜成像儀，特別是一種用于水下目標熒光探測的拖曳式熒光光譜成像儀及成像方法。

背景技術

拖曳式水下成像裝置因其便利性、易操作性，常常被搭載于科考船、ROV、AUV上，是一種常見的圖像獲取手段。目前水下成像裝置大多使用普通RGB成像儀。但是，由于水體本身對光的選擇性吸收(對紅光強烈的吸收)、水中懸浮顆粒物的散射等影響，拍攝得到的彩色圖像對比度低、顏色保真度差，普通RGB成像儀已經不能滿足精細化探測的需求。

相較于普通RGB成像儀，光譜成像儀可將成像波段細分，在獲取圖像空間形態學信息(圖像信息)的同時，也可得到成像目標物的光譜信息，得到“光譜數據立方體”，其光學信息更豐富、對顏色的辨別能力更強。近年來，研究發現，水下物體，如珊瑚、海草等，在短波長藍色光源照明下，可被激發出紅色、綠色等不同顏色的熒光。但是，熒光信號強度相對于照明光源很低，水下光譜儀成像儀成像波段范圍小，可濾除短波長的激發光，只在熒光信號波長范圍內的進行成像。

然而，當前市面上的水下光譜成像儀僅包括成像裝置，并未裝配合適的激發光源，系統集成性較低，難以直接用于水下熒光光譜成像。此外，目前常見的的水下光譜成像儀為推掃式成像儀，需在固定軌道上，進行線掃描成像后再進行圖像拼接，不適用于無固定軌道的水下拖曳式具有成像。因此，拖曳式水下熒光光譜成像儀具有極大的市場可能性與技術創新性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺點和不足，提供一套拖曳式水下熒光光譜成像儀及成像方法，該裝置通過近距離短波激光照射激發海底物體熒光，使用RGB彩色攝像機記錄發光物體細節，使用光譜成像儀記錄熒光光譜圖像。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種拖曳式水下熒光光譜成像儀，包括拖曳體和通過內部支架安裝在拖曳體內部的電源模塊、熒光光譜成像單元、彩色圖像成像單元、照明模塊、高度測量單元、控制單元；所述照明模塊、熒光光譜成像單元、彩色圖像成像單元和高度測量單元均與控制單元相連，其中電源模塊為整個拖曳式水下熒光光譜成像儀提供工作電壓，在控制單元的控制下照明模塊向海底目標物發射特定波長的熒光激發光，熒光光譜成像單元對海底目標物所激發出的熒光成像，彩色圖像成像單元對目標物及其周圍環境成像，高度測量單元估計拖曳體姿態并估計拖曳體離底距離。

進一步的，所述拖曳體主要由腔體和安裝在腔體下方的下端蓋組成；所述拖曳體前方有用于連接拖曳纜的環狀接口，腔體上方安裝有水密接插件；所述水密接插件用于拖曳體內部與外部實現信號傳輸和電力傳輸；所述下端蓋上嵌有一塊透明耐壓玻璃，并為高度測量單元預留安裝孔洞。

進一步的，所述熒光光譜成像單元包括第一成像鏡組、液晶可調濾光器和光譜相機；所述第一成像鏡組、液晶可調濾光器和光譜相機均安裝在內部支架上，并依次布置在同一光軸上；第一成像鏡組與拖曳體下端蓋上的耐壓玻璃貼近并與控制單元相連；所述液晶可調濾光器與控制單元相連，控制單元通過電壓來使液晶可調濾光器透過不同波長的光，使入射到光譜相機的光僅有熒光波段的光。

進一步的，所述第一成像鏡組包括光學變焦鏡頭或長工作距離成像物鏡。

進一步的，所述彩色圖像成像單元包括第二成像鏡組和彩色相機；所述第二成像鏡組與彩色相機均安裝在內部支架上，并依次布置在同一光軸上；所述第二成像鏡組與拖曳體下端蓋上的耐壓玻璃貼近并與控制單元相連。