[發明專利]基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法

在審

• 申請號: 202211420179.7
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115755071A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 何林幫;邱振戈;黃庚華
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01S17/06
• 分類號: G01S17/06;G01S17/87;G01S15/88;G01C21/16;G01C21/08
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法，主要包括以下步驟：(1)研究光子計數激光雷達掃描系統結構，以及母船和潛水器的動態幾何關系，構建WGS84空間直角坐標系下激光雷達測深點坐標的計算模型；(2)顧及潛水器姿態，在聲線跟蹤模型、母船與潛水器幾何關系基礎上，構建WGS84空間直角坐標系下多波束測深點坐標的計算模型；(3)激光雷達和多波束測深點進行融合處理，構建海底地形地貌圖；(4)提出深海功能聯用成像光譜儀研制方案及其探測方法；(5)通過海底三維地形建立模型、渲染技術以及雙目立體成像技術，構建深海目標測區的VR環境。通過以上步驟，可實現基于聲光遙感技術的深海原位精細探測，及測區VR環境構建。

技術領域

本發明涉及基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法，特別涉及大深度的基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法。

背景技術

我國海洋資源勘探開發潛力巨大，深海區域蘊藏著豐富的油氣、礦產、生物等戰略資源。然而，目前我國海洋資源總體探明率僅有12.1％，遠低于世界平均水平，這對海洋探測技術提出了更高要求。近年來，我國海洋資源能源開發步伐正在顯著加快，大力發展深海資源能源精細探測技術及裝備已成為國家重大戰略需求。

由于篇幅限制，僅針對研究所涉及深海三維激光雷達、多功能聯用光譜儀、大深度潛水器和深海目標區域實時三維成像與定位技術研究相關的典型研究成果進行綜述。

1、國外深海光學探測儀器與裝備技術現狀

(1)深海三維激光雷達

水下三維激光成像技術主要包括距離選通技術、同步掃描技術、條紋管相機技術、連續光幅值調制技術、結構光成像技術以及單光子探測技術等。

1)距離選通技術。距離選通技術在水下成像的應用始于20世紀60年代^[1]，它可以有效降低水體后向散射對成像探測的影響，但是距離選通技術實際上只能提供二維圖像結果。直到2019年，丹麥技術大學研究人員將飛行時間技術與選通技術結合，在真實海水中實現水下動態目標三維成像^[2]。2)同步掃描技術。同步掃描技術通過將發射光束與接收光束實現隔離來降低后向散射對接收信號的影響來提高成像探測信噪比。1996年美國海軍水面作戰中心研究了同步掃描技術的激光線掃描多光譜成像系統，用于水下珊瑚礁環境的成像^[3]。3)條紋相機技術。條紋相機的出現為水下三維成像帶來了新的可能。1999年，McLean等人將條紋相機應用于激光雷達系統中，搭載機載平臺，并結合水下電光甄別系統實現了優于1英寸分辨率水下三維成像^[4]，該系統可用于水雷等水中目標的探測。4)結構光成像。結構光成像是應用一束窄光束激光對目標物體進行投射，并使得光束方向與相機方向離軸以減小后向散射的影響。Dalgleish等將結構光投影的方法應用于水下目標的重建，并進行了一系列的改進^[5]。5)多波束聲吶和掃描激光光束結合。傳統的聲吶技術和光學技術結合也可以用于水下目標的三維結構成像中。2018年，波蘭格但斯克工業大學的研究人員研究了利用多波束聲吶和掃描激光光束結合重建水下目標的方法，獲取了水下沉船的三維圖像^[6]。6)單光子成像技術在水下三維成像中的應用。2019年，愛丁堡赫里奧特瓦特大學的研究人員利用皮秒分辨率硅單光子雪崩二極管單光子探測器陣列技術實現了渾濁水域中水下動目標的三維成像，在黑暗環境下，實現了目標探測距離達到6.7個衰減長度的水池實驗結果^[7]。

(2)深海多功能聯用成像光譜儀器