水下激光成像发展现状及主要参数的理论计算
电子轰击式CCD 像管及其技术处理
傅德讠廉 (中国科学院北京天文台 100080)
在已有研究工作进展的基础上(参看《光学技术》,1996年9月增刊),对电子轰击式CCD 像管的实际结构和整管的技术处理问题,进行了实验研究。
根据对电子光学系统及其各构成部分配合公差方面的计算分析结果,确定了各个电极的精确尺寸并据此进行它们的加工制造。
采用内壁均匀涂敷了半导体层的陶瓷管,把各个电极相互绝缘地分隔组装起来,构成所需要的电子成像系统,并统一安装到一个薄壁的不锈钢圆管中。
圆管上端具有可供同光电阴极组件完成热铟封的沟槽,其中充填有共晶点约为72℃的铟铋共熔合金;圆管的下端,则有可供安装CCD 芯片的接口。
这样,就构成了一个结构紧凑、并能在必要时可以拆卸开来进行重新处理的小型化整管结构。
为了在对整管进行制备光电阴极时,防止高温烘烤和防止碱金属蒸汽对CCD 芯片产生不利影响,必须采用一种具有超高真空环境的分隔、传递并能完成最终铟封处理的专用设备。
研制这样的设备,会涉及许多相当复杂的工艺技术问题。
用具有特殊结构的天文电子照相机,它是一个具有超高真空环境和相当完备传递操作功能以及相当大尺寸的金属容器,可供用来处理小型化整管的专用设备,是十分合适的。
(国家自然科学基金资助项目)
水下激光成像发展现状及主要参数的理论计算
胡正荣 刘雪明 谭志飞 郑 宇 (东南大学电子工程系 南京 210018)
介绍了同步扫描和距离选通两种水下激光成像发展现状。
利用双流辐射理论,导出了信号光辐照度的表达式。
从理论上计算了同步扫描系统的信号光和后向散射光传回到探测器端的辐照度与衰减长度的定量关系。
减小视场角和增大光源到探测器的距离可增大成像距离。
一般水质下成像距离理论值约12倍衰减长度。
网络医院的构建方案
王占昌 (大连理工大学力学系 116024)
随着计算机和高速网络技术的发展,医院可利用先进的电子医疗设备,结合计算机网上的媒体技术,对患者的各种检查图文资料(如X 光片、
CT 及各类检查结果数据等)进行网上专家会诊,及时得出治疗方案,亦称之为网络医院。
我国网络医院刚刚起步,主要受经济、技术影响。
因患者的病志记录档案没有统一标准,图片的有效性和功能完备性也欠缺,另有费用和安全性等方面原因。
本文结合我国目前综合性医院和大型专科医院具体情况,制定构建出网络医院的方案,并可依实际情况作适当完善和改进。
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92S 增刊2 信息获取、处理、分类及显示技术© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 。
激光测量仪器在水下测量中的应用与前景
激光测量仪器在水下测量中的应用与前景激光测量技术是一种精确、高效的测量方法，近年来在水下测量领域得到了广泛应用。
激光测量仪器通过发射激光束并接收其反射信号，测量目标物体的位置、形状、尺寸和表面状态等相关参数。
本文将分析激光测量仪器在水下测量中的应用与前景。
首先，激光测量仪器在水下测量中的应用已经涵盖了多个领域。
首先，水下地形的测量是激光测量技术的主要应用之一。
通过激光的高分辨率和精确测量能力，可以获取水下地形的三维模型，为海洋地质调查、沉船探测和海洋工程建设提供了重要数据。
其次，激光测量仪器在水下工程中的应用也十分广泛。
例如，在海底管道敷设、海洋资源开发和海底考古等项目中，激光测量技术可以用于测量目标物体的尺寸、位置和距离，提供精确的测量数据，以确保工程的安全和可靠性。
此外，激光测量仪器还可以用于水下机器人的导航和定位，实现自主探测和避障功能。
其次，激光测量仪器在水下测量中的应用具有较高的准确性和精度。
激光测量技术能够实现亚毫米级别的测量精度，在水下环境中具备出色的性能。
激光测量仪器利用激光束与测量目标物体发生反射与散射，通过接收激光的时间、角度和强度等信息，可以测量目标物体的距离、形状和位置。
由于光的传播速度很快，激光测量可以实时获取数据，提供实时监测和测量分析功能。
此外，激光测量仪器还具有非接触性和无损性测量的特点，不会对目标物体产生损伤，适用于各种复杂的水下环境。
再次，激光测量仪器在水下测量中的应用具有广阔的前景。
随着科技的进步和技术的不断升级，激光测量技术在水下测量领域的应用将进一步拓展。
首先，随着测量仪器的小型化和智能化，激光测量仪器将更加方便携带和操作，适用于各种水下环境的测量需求。
其次，激光测量仪器的测量精度和对复杂环境的适应能力将不断提高，可以满足更高精度测量的需求。
此外，随着激光测量技术的与其他技术的结合，例如激光雷达和相机等，将开辟出更广泛的应用领域，提供更多维度和信息的水下测量数据。
水下激光通信技术的发展现状及趋势
水下激光通信技术的发展现状及趋势引言水下激光通信技术是一项关键的技术，用于在水下环境中实现高速、稳定的通信传输。
随着人类对海洋资源的开发和利用越来越深入，对水下通信技术的需求也越来越迫切。
本文将全面、详细地探讨水下激光通信技术的发展现状及趋势。
现状分析1. 传统水下通信技术的局限性传统的水下通信技术，如声波通信和无线电通信，在水下环境中存在一些局限性。
声波通信的传输距离有限，而且受到海洋环境中的噪声干扰；无线电通信在水下的传输效果也受到海水的吸收和散射的限制。
2. 激光通信的优势水下激光通信技术以其高速、大带宽和抗干扰能力强的特点，成为了一种有前景的水下通信技术。
激光通信利用光的传输特性进行数据传输，在传输速率和稳定性上有着明显的优势。
3. 目前的水下激光通信技术应用案例目前，水下激光通信技术已经在一些特定场景下得到了应用。
例如，水下机器人的远程控制和海洋观测数据的传输等。
这些应用案例验证了水下激光通信技术的可行性和潜力。
4. 水下激光通信技术的挑战然而，水下激光通信技术在实际应用中仍然面临着一些挑战。
首先，水下环境对光的传输会造成衰减和散射，降低激光通信的传输距离和质量。
其次，水下环境中存在浑浊的水质、浮游生物和沉积物等，会对激光通信的信号传输造成干扰。
发展趋势分析1. 提高激光通信的传输距离为了克服水下激光通信技术的传输距离限制，研究人员正在寻找各种方法来提高光信号在水中的传输距离。
例如，利用波束成型技术控制光的传输方向，优化光的传输路径，以减少衰减和散射。
2. 解决水下环境干扰问题为了解决水下环境中的干扰问题，研究人员正在探索各种减少干扰的方法。
例如，利用自适应光学系统对激光通信信号进行优化，以适应不同水下环境的特点；开发高灵敏度的接收器来提取弱光信号。
3. 结合其他通信技术为了进一步提高水下通信的效率和可靠性，研究人员开始探索将水下激光通信技术与其他通信技术结合的方法。
例如，将水下激光通信与声波通信结合，利用声波通信的传输距离较远的特点与激光通信的高速传输特性相结合。
水下激光通信技术的特点及发展现状
214研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2018.02 (下)海洋面积占地球表面积的71%，海洋中蕴含着远未为人类所知的油气、矿产和生物基因等资源，而近年来，随着陆地资源的日益枯竭和人类未来发展空间需求的增长，各国更加重视海洋科学方面的研究工作，海洋探测、海底资源开发已成为海洋科学研究的热点。
未来谁能够拥有和控制更为广阔的海洋，谁就掌握了未来发展中更多的资源和生存空间，因此，进入深海、勘探深海和开发深海是实现中国伟大复兴梦的必由之路。
载人潜水器（HOV）、遥控潜水器（ROV）等水下移动式运载平台的普遍使用，将科学家及探测设备运抵至深海海底现场进行原位的探测取样研究，大大提高了水下探测的效率。
介于水下移动式运载平台为搭载设备及作业工具预留的电气接口有限，海底探测设备的探测数据不能实时反馈到运载平台当中，这就导致只能在海底探测设备回收至支撑船舶后才能进行数据处理。
水下激光通信设备为科学家提供了一种可以实时获取海底地质、水文、热液喷口硫化物等探测数据的作业模式，实现数据的原位分析判断，提供有针对性的采样依据，提高潜次作业效率。
1 水下激光通信技术的特点传统的水下声学通信受传播能量损失大、环境噪声影响大、受水体折射与发射的多径效应等方面的严重影响，使得声学通信质量差、通信效率低下。
而水下激光通信技术在近距离水下信息传输方面，表现克服了水声通信的诸多局限性，性能表现优越，使得水下激光通信技术的应用领域越来越广泛。
在海水中，采用波长范围在470～525nm 之间的蓝绿激光，可以最为有效的降低海水对光波的吸收，有效提高激光的传播效率。
激光投射到自容式水下传感器外置的光敏传感器，光敏传感器感受不同频率的激光，水下激光通信技术的特点及发展现状沈鹏，杨磊，陈云赛*（国家深海基地管理中心，山东 即墨 266237）摘要：本文在深海勘探的背景基础上，简要阐述了水下激光通信技术的优缺点，在此基础上概述了近几年水下激光通信技术的国内外科研方向、发展情况。
激光水下成像技术及其进展
表 １ 主 要 水 下 成 像 技 术 的 工 作 原 理 比较
Ｔａｂ． Ｔｈｅ ｃ １ ｏｍ ｐａ ｉｏｎ ｏｆｔ ｐｅ ａ ｉ ｇ ｐｒ ｎ ｉ ｅ ｏ ａｉ ｄｅ ｗａ ｅ ｍ ａ ｉ ｅ ｈｎ ｏ ｅ ｒｓ ｈｅ ｏ ｒ ｔｎ ｉ ｃ ｐｌｓ ｆ ｒ ｍ ｎ ｕｎ ｒ ｔ ｒ ｉ ｇ ｎｇ ｔ ｃ ｏｌ ｇｉｓ
维普资讯
第２ 卷 第２ ６ 期 ２Ｑ Ｑ ６年 ６月
光 电 子 技 术
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Ｖｏ ． ６ Ｎｏ ２ １２ ．
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激光水下成像技 术及其进展
孔 捷， 张保 民
（ 京 理 工 大 学 电 光 学 院 ， 京 ，１ ０４ 南 南 ２０９）
摘 要 ：介 绍 了近年 发 展起 来 的三种 主 要 的激 光水 下 成像 方 法 ，即 常 规水 下 激 光 成像 、 高 分 辨率水 下 激光 三维 成像和 偏振 激 光成像 ， 析 了 它们各 自的工作 原理 、 点 以及 各 自的发展状 分 特
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光器 的运 用从 某种 程度 解决 了成 像 的距离 问题 ， 在
引 言
水 下成 像技 术在 水下 目标 发现 、 面材 料探 测 海 及 海洋 地理 工 程 中具 有广 泛而 重要 的应 用价 值 ， 正
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探测 通 苎 激 光 器 发 出 激 光 束 ， 器 接 收 激 光 束 中心 反 射 光 ， 过 二 者 的 同步 机械 扫 描 成 像 雾］ 篓 ．
过 去 的几 年 中 ， 像距 离和 图像 质量得 到 了很 大程 成
度 的提 高 ， 些进 步都 是 因为采 用 了非传 统成 像技 这
复杂海底环境下数码相机成像技术研究
复杂海底环境下数码相机成像技术研究I. 前言复杂海底环境下，数码相机成像技术的研究一直是海洋科学研究的难点之一。
海洋深处光线暗弱，水流湍急，波浪波动频繁，水下悬浮颗粒物质多等因素都制约着数码相机在海底环境下的成像质量，限制着海洋科学家们深入了解深海中生物、地质和海洋环境的能力。
本文将在此基础上，探究复杂海底环境下数码相机成像技术研究的现状、存在的问题以及未来的发展方向。
II. 现状及问题在海洋深处，水下光线暗弱，给数码相机在此环境下拍摄带来困难。
针对此问题，研究人员目前采用的方法主要为使用白光或者蓝光LED灯泡来提供照明光源，并搭配上红外辐射和激光形成多光源成像技术。
同时，为了保证成像质量，数码相机的设备要求更高，其硬件和软件性能也需要进行完善。
但由于海洋环境的特殊性，反射的可能性较大（如鱼类、水母、水藻等植物），而反射会导致成像出现虚影，影响成像质量。
此外，水体中存在的悬浮颗粒物质会散射光线，扰乱光路，也会降低成像的清晰度和对比度。
同时，深海环境的水流湍急，波浪波动频繁，都会影响数码相机的稳定性和成像效果。
III. 未来的发展方向1. 采用更强的照明光源技术一种解决复杂海底环境下数码相机成像问题的方法是采用更强的照明光源技术，如激光、光纤等技术。
这些光源在海水中传播时，能够减轻波浪对成像的干扰，也不会产生反射现象，提供更为清晰的成像质量。
2. 采用机器学习算法在当前的数码相机中，使用了一些机器学习算法和模型，帮助相机识别出不同光环境下的图像，以便更好的调整曝光、对比度、饱和度等参数，提高成像效果。
未来可以进一步研究深度学习模型，以根据不同的海洋环境与成像条件，提供适宜的成像参数和优化识别算法。
3. 提高数码相机的性能随着科学技术的进步，相机的灵敏度和分辨率也已有了较大的提升，未来可以利用新技术进一步提高相机的性能，如增强像素数量，提高灵敏度和动态范围，以提供更高质量的成像数据。
IV. 结论综上所述，复杂海底环境下数码相机成像技术是一个重要的研究方向，随着技术的进步和不断的摸索，相信在未来我们一定能够采用更为先进的技术、提高相机的性能与成像效果，为海洋科学研究提供更为清晰的图像数据。
水下探测技术的应用现状与前景研究
水下探测技术的应用现状与前景研究在人类对未知世界的探索征程中，水下领域一直充满着神秘和挑战。
水下探测技术作为打开这一神秘领域大门的关键钥匙，其重要性日益凸显。
从深海资源的开发到水下考古的推进，从海洋生态的监测到军事领域的应用，水下探测技术正以惊人的速度发展，并展现出广阔的应用前景。
一、水下探测技术的应用现状（一）海洋科学研究海洋占据了地球表面的大部分面积，蕴藏着丰富的资源和未知的奥秘。
水下探测技术为海洋科学研究提供了强有力的支持。
例如，通过使用声学探测设备，如多波束测深仪和侧扫声呐，科学家能够绘制出海底地形地貌图，了解海床的结构和特征。
此外，温盐深仪（CTD）可以测量海水的温度、盐度和深度，为研究海洋环流和水团运动提供基础数据。
海洋生物学家则利用水下摄像和声学监测系统来观察海洋生物的行为和分布，研究生物多样性和生态系统的动态变化。
（二）资源勘探与开发水下探测技术在石油、天然气和矿产资源的勘探与开发中发挥着关键作用。
地震勘探技术可以帮助确定海底地层中的油气储层位置和规模。
随着技术的不断进步，高精度的三维地震勘探能够提供更详细的地质结构信息，提高勘探的准确性和成功率。
在矿产资源方面，磁力探测和电磁探测技术有助于发现海底的金属矿床，为深海采矿提供前期的地质依据。
（三）水下考古水下考古是一门新兴的交叉学科，水下探测技术为其提供了重要的手段。
考古学家使用声呐、磁力仪和水下机器人等设备，对水下遗址进行定位、测量和勘查。
例如，在对古代沉船的研究中，通过声呐成像可以清晰地看到沉船的轮廓和分布情况，水下机器人则能够近距离拍摄和采集文物样本，为了解古代航海、贸易和文化交流提供珍贵的实物资料。
（四）军事领域在军事方面，水下探测技术对于潜艇的作战、反潜作战以及水雷战等具有重要意义。
声呐系统是潜艇和水面舰艇探测敌方潜艇和水下目标的主要手段。
主动声呐通过发射声波并接收回波来探测目标，而被动声呐则依靠接收目标自身发出的噪声来进行监测。
水下激光距离选通成像理论及技术研究
TTHG 相函数
pTTGH ( ) pOTHG ( , g1 ) (1 ) pOTHG ( , g2 )
θ为散射角，0 ≤ g1 , g2≤ 1， 0 ≤ α ≤ 1为常数
v 1 1 v 1 πv 1 2 p FF 2 4 16π(1 ) v 3 cos 1 v 4π 1 2 1 v v 1 π π u
偏振区分技术
当自然光或主动光照明时，利用水体散射光与目标反射光间的偏振信 息差异来滤除传输路径上的水体后向散射光；不仅能提高成像对比度 ，还能修正场景颜色。复原图像的可视距离比原图像提高近一倍。
多视角图像重构技术
采用多个主动成像系统，使照明与成像系统分离开来，以尽量减小照 明与成像视场的重叠区域，可进一步提升系统作用距离。
粒径分布已知的4 种单组分多分散系 的米氏理论相函数
C1 C2 C3 C4
6 5
1000
pMie / sr-1
Turbid seawater
Volume (%)
p(θ) / sr-1
4 3 2 1
10
10 0.1
C1 C2 C3 C4
0.1
0.001
0.1 1 10 100 Scattering angle θ / º
2013-7-12
一、国内外研究现状
国外典型距离选通成像系统性能指标
技术指标 激光器
瑞典 Aqua Lynx
YAG
加拿大
LUCIE YLF LUCIE2 YVO4
美国
See-Ray YAG 超短门 宽系统 YAG
丹麦 3-D激 光雷达 YAG
水下成像技术的技术原理和发展动态
水下成像技术的技术原理和发展动态下成像技术在水下目标发现、海面材料探测及海洋地理工程中具有广泛而重要的应用价值，正受到各国研究者的日益重视。
与我们平常所见空气中成像技术不同，水介质的特性是强散射效应和快速吸收功率衰减，因此直接将摄像机运用到水中，由于强散射效应，图像的噪声很大，且距离有限。
激光器的运用从某种程度解决了成像的距离问题，在过去的几年中，成像距离和图像质量得到了很大程度的提高，这些进步都是因为采用了非传统成像技术和激光技术。
本文对主要的几种水下成像技术进行了分析，讨论了它们各自的技术原理和发展动态。
由上所述，与大气成像技术相比，水下成像技术的重点是要减小水这一特定介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对成像质量的限制，目前已经有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果。
⒈常规水下成像技术常规水下成像技术包括激光扫描水下成像和距离选通激光水下成像。
其中激光扫描水下成像是利用水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。
在这种系统中，探测器与激光束分开放置，激光发射器使用的是窄光束的连续激光器，同时使用窄视场角的接收器，两个视场间只有很小的重叠部分，从而减小探测器所接收到的散射光。
利用同步扫描技术，逐个像素点探测来重建图像。
因此这种技术主要依靠高灵敏度探测器在窄小的视场内跟踪和接收目标信息，从而大大减小了后向散射光对成像的影响，进而提高了系统信噪比和作用距离。
距离选通成像系统采用一个脉冲激光器，具有选通功能的像增强型CCD成像期间，通过对接收器口径进行选通来减小从目标返回到探测器的激光后向散射。
在该系统中，非常短的激光脉冲照射物体，照相机快门打开的时间相对于照射物体的激光发射时间有一定的延迟，并且快门打开的时间很短，在这段时间内，探测器接收从物体返回的光束，从而排除了大部分的后向散射光。
由于从物体返回来的第一个光子经受的散射最小，所以选通接收最先返回的光子束可以获得最好的成像效果。
海洋光学
水下激光探测技术
激光在水中传输与在空气中传输特性有很大不同 , 这给利用激光进行水下目标探测带来了困难 ,主 要表现在以下两点: 1) 海水对光束的后向散射影响激光测距精度和成像效果; 2) 海水对光波的强衰减性制约了目标探测距离。 近年来 ,国内外对海水后向散射和衰减特性进行了
大量的研究 ,使水下激光探测技术不断有新的突破 ,
水下激光探测技术
水下激光探测技术
水下探测系统实例
美国卡曼公司 1991年海湾战争期间,为了尽快地排除伊拉克在科威 特和海湾北部水域布设的大量水雷, 美国海军将该公 司研制的 ‚魔灯- 30” (Magic Lantern 30) 装在H22F “直升机‛ 上在海湾执行探雷任务。‚魔灯-30” 系统 在海湾仅投入探雷4天, 就发现了数量相当于其它水声 探雷系统前7个月内所探测到的总数的12%的水雷, 探 测深度达30m。海湾战争中,“魔灯- 30” 激光探雷系统 的出色成绩, 证明了激光探雷的可行性和有效性。
以氩、氪为代表的 离子气体激光器 激光器直接输出蓝绿光 铜蒸汽为代表的金 属蒸气激光器 染料激光器
溴化汞( HgBr)激光器
铜蒸气激光器 高能量染料激光器
蓝绿激光器 的产生
非线性方法变换到蓝绿光
二次倍频
调 Q Nd ∶YA G 激光器
拉曼频移
氯化氙(XeCl )准分 子拉曼频移激光器
水下激光探测技术
水下激光探测技术
美海军‘海鹰’直升机装备 机载激光水雷探测系统,
能够探测和定位水面及近水 面停泊的地雷。 与机载激光探雷系统配合使 用的是一座30mm机炮，用 于灭雷
水下激光探测技术
国内发展
我国从 20 世纪 80 年代末期开展机载激光雷达的研制,以 华中科技大学为主 ,研制成功机载激光雷达海洋探测系统。 1996 年 5 月在我国南海进行了海上机载试验 ,成功地获取
水下激光成像系统探测距离的计算与仿真
水下激光成像系统探测距离的计算与仿真王磊;徐智勇;张启衡;王华闯;于学刚;杨建军【摘要】为了估计水下激光成像系统的工作距离,根据水下激光成像系统的成像过程,通过分析目标的辐射特性,水体的衰减特性等各因素,建立了水下激光成像系统的信噪比模型.根据识别目标所需要的信噪比阈值、脉冲激光器等器件的性能指标,推导出水下激光成像系统的工作距离公式,并且完成了系统成像距离的计算与仿真.采用532 nm的Nd∶YAG固体激光器、自组ICCD相机以及基于FPGA技术设计的同步控制电路板,进行了距离选通水下激光成像实验.实验结果表明:理论模型计算的信噪比与实际图像的信噪比平均误差为1.37 dB,证实了该模型的合理性.%In order to estimate the detection range of underwater laser imaging system, according to the imaging mechanism, the analysis of target radiation is reported, along with the analysis of seawater attenuation and other factors, and then the Signal-to-noise Ratio(SNR) model of the underwater laser imaging system is established. According to the threshold of SNR for recognizing the target, along with the performance of laser and other devices, formulation of detection range is obtained. Then computation and simulation of detection range is implemented. By adopting a 532nmNd:YAG laser, self-made ICCD camera and a range-gated sync control board based on FPGA technology, the underwater laser imaging experiment is done. The experimental results, which indicate that the average error of SNR between theoretical model and real image is 1.37dB, show the rationality of the SNR model.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2012(039)005【总页数】6页(P39-44)【关键词】成像系统;激光器;距离选通;信噪比【作者】王磊;徐智勇;张启衡;王华闯;于学刚;杨建军【作者单位】中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国科学院光电技术研究所,成都610209;中国人民解放军93617部队,北京101400【正文语种】中文【中图分类】TN247;TN2090 引言1963年S.Q.Duntley及Gilbert G D等人发现海水中存在一个“蓝绿”透明窗口[1]，为激光水下探测奠定了理论基础。