水下阵列相机成像方法
专利汇可以提供水下阵列相机成像方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的目的是针对 现有技术 的不足，提出一种 水 下阵列相机成像方法，使用激光作为主动照明 光源 ，传播距离远，并且相干光的 相位 是可重构的，使用阵列相机，获取不同空间 频谱 下的光学图像，并结合 电场 型蒙特卡洛仿真与频谱拼接图像重构 算法 ，分析海洋 湍流 与波浪反射对成像的影响，进而得到更清晰的光学图像。，下面是水下阵列相机成像方法专利的具体信息内容。
1.一种水下阵列相机成像方法，其特征在于算法部分包括电场型蒙特卡洛仿真、海洋湍流模拟、波浪模拟以及频谱拼接图像重构算法，硬件部分包括激光器、阵列相机，由激光器发出主动照明的光源信号，经过水下湍流以及海面波浪反射后，照明成像物，成像物反射的激光光线，同样通过水下湍流以及海面波浪反射后，达到相机阵列，对于水下激光传输的电场型蒙特卡洛仿真，根据惠更斯-菲涅尔原理，激光的等相位面将离散为大量的次级球面子波源，子波源的密度与等相位面上的振幅分布对应，球面子波源将发射截面无限小的光电场，把截面无限小的光电场定义为“光子”，通过模拟大量的光子，可以模拟一个真实的球面子波源，通过对大量的球面子波源进行模拟，可以准确的模拟激光发射的光电场，激光的光电场在水下传输过程中，经过反射、吸收和散射，此外，水下湍流的存在会影响海水介质的相位，使用复数形式的高斯随机数值矩阵，利用湍流折射率功率谱对其进行滤波，再进行逆向傅里叶变换，得到湍流相位屏，将此湍流相位屏叠加到蒙特卡洛仿真的相位信息中，实现海洋湍流模拟，使用Pierson–Moskowitz谱模拟海洋波浪，激光器到达海洋波浪后，依据光学反射定律实现光学反射，当激光信号被阵列相机，再利用频谱拼接图像重构算法，重构成像物的图像。
2.根据权利要求1所述的一种水下阵列相机成像方法，其特征在于所述的电场型蒙特卡洛仿真，根据惠更斯-菲涅尔原理，激光的等相位面将离散为大量的次级球面子波源，子波源的密度与等相位面上的振幅分布对应，球面子波源将发射截面无限小的光电场，把截面无限小的光电场定义为“光子”，通过模拟大量的光子，可以模拟一个真实的球面子波源，通过对大量的球面子波源进行模拟，可以准确的模拟激光发射的光电场，激光的光电场在水下传输过程中，经过反射、吸收和散射，当光子到达水-气边界时，光子的折射角由斯涅尔定律所决定：ni sinθi＝nt sinθt，其中θi和θt分别代表入射角和折射角，当偏振方向与反射面的夹角为σ时，其光强反射率为： 此时，蒙
特卡洛模拟程序会产生一个在(0,1)内均匀分布的随机数ε，当ε＞R(θi)，那么光子将会被折射，否则光子将被反射，海水的吸收和散射系数可分别定义为μa[cm-1]和μs[cm-1]，光子的初始传输方向为sk，其在笛卡尔坐标上的分量为(sx,sy,sz)。光子传输起点为(xk,yk,zk)。
相应的水平偏振与竖直偏振方向为(mk,nk)。在模拟中，将依据公式l＝-In(ε)/(μs+μa)，抽样光子的迁移自由程，在完成了自由程的传输后，光子到达新的位置(xk+l×sx,yk+l×sy,zk+l×sz)，并被悬浮物所散射，依据Mie散射定理，散射前后的场强关系由公式所决定，其中θ和 为偏转角和方位角，取值范围是(0,π)，利用米散射
定律抽样产生具体数值，经过散射后，光子的行进方向与相应的电场偏振方向改变为上述过程循环，直至光子进入阵列相机为
止。
3.根据权利要求1所述的一种水下阵列相机成像方法，其特征在于所述的海洋湍流模拟，使用复数形式的高斯随机数值矩阵，利用湍流折射率功率谱对其进行滤波其中
α＝
2.6×10-4L/deg，κ为空间频率，常数和C1的数值分别约等于0.72和2.35，DT和DS分别为分子热扩散率(molecular thermal diffusivity)和分子盐度传递系数(molecular salinity transport coefficient)，ν是水介质的运动粘度(kinematic viscosity)，ε是单位海水的动能耗散率，Kolmogorov微尺度参数η＝(ν3/ε)1/4，χT是温差耗散率，ω定义为温度导致和盐度导致的海洋光学湍流比值再进行逆向傅里叶变换
得到湍流相位屏，将此湍流相位
屏叠加到蒙特卡洛仿真的相位信息中，实现海洋湍流模拟。
4.根据权利要求1所述的一种水下阵列相机成像方法，其特征在于所述的波浪模拟，使用谱方程 模拟海洋波浪的波谱，进行逆向抽样后，代入公式
中，得到波浪高度，其中，an,ωn为组成波的振幅和圆频率，波的振幅
表达式为 εn为在0-2π内均匀分布的随机初相位。
5.根据权利要求1所述的一种水下阵列相机成像方法，其特征在于所述的频谱拼接图像重构算法，根据经典的光学衍射定律，从物体表面出射的相干光源，经过长距离传输后，等效于进行了光学傅里叶变换。相机对远距离物体成像，等效于先在傅里叶频谱域进行了孔径滤波后，再通过透镜获取相应图像。使用相机阵列对远距离物体成像，等效于在频谱域的不同频率进行孔径滤波后获取一系列图像。假设有相机数目为N，图像序列可定义为Ilm，其中l表示相机的序号，取值范围是[1:N]，N是大于1的整数，利用水下光学仿真获取Ilm后，使用如下算法过程①任意假设成像物的场强分布 可假设为均匀强度的电场分布，使用傅里叶变换获得其频谱域U(kx,ky)；②使用电场型蒙特卡洛仿真，模拟光电场到达第l(l＝1:N)个相机像面的场强分布 ③将 中的Il，替换为使用相机i的探测的光强分布Ilm，即 ④对 进行傅里叶变换，并更新U(kx,ky)中的
第l个孔径区域，并利用傅里叶逆变换获取相应的 ⑤重复②-④，直至计算结果收敛，通过上述过程，获得重构图像。
6.根据权利要求1所述的一种水下阵列相机成像方法，其特征在于所述的激光器，是一种发出相干光源的仪器，激光器前安装正焦透镜，用于实现扩束。
7.根据权利要求1所述的一种水下阵列相机成像方法，其特征在于所述的阵列相机，是由N个独立的相机组成，N是大于1的整数，在每个相机内部，都安装有镜头与感光芯片。
水下阵列相机成像方法
技术领域
背景技术
发明内容
1)内均匀分布的随机数ε，当ε＞R(θi)，那么光子将会被折射，否则光子将被反射，海水的吸收和散射系数可分别定义为μa[cm-1]和μs[cm-1]，光子的初始传输方向为sk，其在笛卡尔坐标上的分量为(sx,sy,sz)。光子传输起点为(xk,yk,zk)。相应的水平偏振与竖直偏振方向为(mk,nk)。在模拟中，将依据公式l＝-In(ε)/(μs+μa)，抽样光子的迁移自由程，在完成了自由程的传输后，光子到达新的位置(xk+l×sx,yk+l×sy,zk+l×sz)，并被悬浮物所散射，依据Mie散射定理，散射前后的场强关系由公式 所决定，其中θ和 为偏转
角和方位角，取值范围是(0,π)，利用米散射定律抽样产生具体数值，经过散射后，光子的行进方向与相应的电场偏振方向改变为 上述
过程循环，直至光子进入阵列相机为止。
κ为空间频率，常数和C1的数值分别约等于
0.72和2.35，DT和DS分别为分子热扩散率(molecular thermal diffusivity)和分子盐度传递系数(molecular salinity transport coefficient)，ν是水介质的运动粘度(kinematic viscosity)，ε是单位海水的动能耗散率，Kolmogorov微尺度参数η＝(ν3/ε)1/4，χT是温差耗散率，ω定义为温度导致和盐度导致的海洋光学湍流比值再进行逆向傅里叶变换 得到湍流相位屏，将此湍
流相位屏叠加到蒙特卡洛仿真的相位信息中，实现海洋湍流模拟。
振幅和圆频率，波的振幅表达式为 εn为在0-2π内均匀分布的随机初
相位。
叶变换，并更新U(kx,ky)中的第l个孔径区域，并利用傅里叶逆变换获取相应的 ⑤重复②-④，直至计算结果收敛，通过上述过程，获得重构图像。
具体实施方式
1)内均匀分布的随机数ε，当ε＞R(θi)，那么光子将会被折射，否则光子将被反射，海水的吸收和散射系数可分别定义为μa[cm-1]和μs[cm-1]，光子的初始传输方向为sk，其在笛卡尔坐标上的分量为(sx,sy,sz)。光子传输起点为(xk,yk,zk)。相应的水平偏振与竖直偏振方向为(mk,nk)。在模拟中，将依据公式l＝-In(ε)/(μs+μa)，抽样光子的迁移自由程，在完成了自由程的传输后，光子到达新的位置(xk+l×sx,yk+l×sy,zk+l×sz)，并被悬浮物所散射，依据Mie散射定理，散射前后的场强关系由公式 所决定，其中θ和 为偏转
角和方位角，取值范围是(0,π)，利用米散射定律抽样产生具体数值，经过散射后，光子的行进方向与相应的电场偏振方向改变为 上述
过程循环，直至光子进入阵列相机为止。
κ为空间频率，常数和C1的数值分别约等于
0.72和2.35，DT和DS分别为分子热扩散率(molecular thermal diffusivity)和分子盐度传递系数(molecular salinity transport coefficient)，ν是水介质的运动粘度(kinematic viscosity)，ε是单位海水的动能耗散率，Kolmogorov微尺度参数η＝(ν3/ε
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) ，χT是温差耗散率，ω定义为温度导致和盐度导致的海洋光学湍流比值再进行逆向傅里叶变换 得到湍流相位屏，将此湍
流相位屏叠加到蒙特卡洛仿真的相位信息中，实现海洋湍流模拟。
振幅和圆频率，波的振幅表达式为 εn为在0-2π内均匀分布的随机初
相位。
(kx,ky)中的第l个孔径区域，并利用傅里叶逆变换获取相应的 ⑤重复②-④，直至计算结果收敛，通过上述过程，获得重构图像。
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