[發明專利]一種透過渾濁水體成像的裝置

在審

• 申請號: 202211528075.8
• 申請日: 2022-11-24
• 公開（公告）號: CN115980001A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 何盛昆;王錦非;賓強;張舒姍;孟思齊;蔣志龍
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 呂永芳

本發明公開了一種透過渾濁水體成像的裝置，屬于散射介質成像技術領域。該裝置包括小型激光器、可調光闌、成像設備以及智能處理設備，智能處理設備根據成像設備記錄的透過渾濁水體的一組強度點擴散函數和物體模糊圖像通過構造維納濾波器和引入迭代算法，有效壓制隨機噪聲，提高重構物體的空間分辨率和信噪比，從而實現透過渾濁水體對目標物體進行高質量成像。

技術領域

本發明涉及一種透過渾濁水體成像的裝置，屬于散射介質成像技術領域。

背景技術

在日常生活中，人們會遇到需要隔著海水、湖面、牛奶溶液、生物組織的膠質溶液等渾濁水體觀測物體的場合。大多數時候，渾濁水體對光能量的吸收作用會損耗照明光束和成像光束的能量，使得超過一定距離的成像光束無法到達成像面，或到達成像面的光能量過于微弱而被噪聲光淹沒。而且由于這些渾濁水體在空間分布上的無序性，光在其中傳播時光的傳播方向發生變化，使得入射到渾濁水體中的光線在出射時因散射而失去原有入射光場的空間相對位置。這些散射光場對透過渾濁水體成像的影響主要體現在三個方面：

(1)損耗光束傳播方向上的光能量，從而降低成像距離；(2)散射光場進入成像系統，產生大量噪聲而影響成像的信噪比，降低成像質量；(3)光束通過渾濁水體分散了成像光束的能量，使得成像圖像的輪廓線條虛化、模糊，從而影響成像的視覺效果。

采用常規的光學成像技術往往不能達到觀測目的，透過渾濁水體成像技術應運而生，由于其具有無接觸、適用范圍廣的特點，該技術已經被廣泛應用于水中目標偵察/探測/識別、水下考古、海底資源勘探、生物研究、水下工程安裝/檢修、水下環境監測、救生打撈等領域，但由于渾濁水體結構的復雜性，到目前為止還沒有理想的成像方法能對通過渾濁水體后的物體進行高質量成像。

目前透過渾濁水體獲得高質量目標圖像的方法主要有兩類：(1)利用高精度設備來獲得高質量目標圖像，比如改進成像設備或根據不同應用場合選擇相適應的成像儀器?？紤]光透過渾濁水體后的散射特性，直接采用成像儀器得到的往往是觀測目標散射而形成的模糊圖像，雖然可以通過使用先進儀器獲取較清晰的圖像，但觀測成本也隨之提升，并不適用于一般透過渾濁水體成像的場合。(2)利用高精度目標檢測算法來獲得高質量目標圖像，即發展目標檢測算法，使用普通成像裝置采集圖像，然后再有針對性地對采集的圖像進行處理，這也是目前透過渾濁水體獲取目標圖像的常用方法。以水下偏振成像技術為例，基于光偏振特性的偏振成像技術由于目標和環境的偏振特性不同，可以通過對光偏振特性的檢測，從渾濁水體中獲取觀測目標的清晰圖像，該技術已在生物組織成像、水下目標成像中得到了相關應用。但現有的方法大都是基于大量數據和計算機計算得到目標觀測圖像，成像所需時間較長。此外，由于光透過渾濁水體后的復雜散射特性，成像探測器通常僅能接收到有限的散射物體信息，從而導致重構出物體的分辨率和信噪比通常都相對較低。這些都限制了現有設備和成像方法廣泛用于日常需要透過渾濁水體成像的場合。

發明內容

為了提供一種能夠廣泛用于日常需要透過渾濁水體成像的場合且不需要較高成本的硬件設備以及算力要求的成像方案，本發明提供了一種透過渾濁水體成像的裝置，所述透過渾濁水體成像的裝置包括：

小型激光器1、可調光闌2、成像設備3以及底座5，其中成像設備3配置有可調焦鏡頭4；所述小型激光器1、可調光闌2、成像設備3均固定在底座5上；所述可調光闌2設置在所述小型激光器1沿其激光光束方向的前方，所述成像設備3與所述小型激光器1平行放置。

可選的，所述成像設備3與所述小型激光器1之間的距離小于5cm。

可選的，所述可調光闌2的中心保持在所述小型激光器1的光軸上。

可選的，所述裝置還包括第一支撐件6、第二支撐件7以及第三支撐件8；所述小型激光器1通過所述第一支撐件6固定在底座5上，所述可調光闌2通過所述第二支撐件7固定在底座5上，所述成像設備3通過所述第三支撐件8固定在底座5上。