一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115951501A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211626395.7(22)申请日2022.12.16(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人张勇王旭刘建龙张建隆杨振刘学(74)专利代理机构哈尔滨龙科专利代理有限公司23206专利代理师郭莹莹(51)Int.Cl.G02B27/09(2006.01)G02B27/30(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统(57)摘要本发明公开了一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，所述水下鬼成像系统包括可调光源、准直光学镜组、轴锥镜、第一会聚透镜、光调制装置、第二会聚透镜、光强探测器、计算机。本发明利用轴锥镜将初始射入的高斯光束转化为具有无衍射与自恢复特性的零阶贝塞尔光束，应用于水下鬼成像技术中，可减小衍射效应与介质散射的影响。相比于目前采用高斯光束的水下鬼成像方法，本发明结构简单、可灵活调节，同时仍可与现有的多种优化算法结合，有助于提升重构图像的信噪比和清晰度，实现高分辨率、远距离水下成像。CN115951501ACN115951501A权利要求书1/1页1.一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，其特征在于所述水下鬼成像系统包括可调光源、准直光学镜组、轴锥镜、第一会聚透镜、光调制装置、第二会聚透镜、光强探测器、计算机，其中：所述可调光源向准直透镜组发射高斯光束；所述准直光学镜组对可调光源输出的高斯光束进行准直扩束，减小光束发散角；所述轴锥镜将准直光学镜组准直后的高斯光束转化为零阶贝塞尔光束；所述第一会聚透镜会聚经目标物反射的零阶贝塞尔光束到光调制装置的有效调制区域；所述光调制装置通过散斑对目标物反射的零阶贝塞尔光束进行调制并对调制后的光束进行反射；所述第二会聚透镜会聚经光调制装置调制后的光束；所述光强探测器采集经第二会聚透镜会聚后的光束强度信息；所述计算机的第一端与光调制装置连接，向光调制装置发送散斑，计算机的第二端与光强探测器连接，控制光强探测器采集光强度信息，并根据光强度信息重建目标物图像。2.根据权利要求1所述的基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，其特征在于所述可调光源设有功率调节模块，工作波长为532nm。3.根据权利要求1所述的基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，其特征在于准直光学镜组将可调光源输出的光斑扩束为直径10～30mm可调的圆光斑。4.根据权利要求1所述的基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，其特征在于所述光调制装置为数字微镜晶片DMD，投射散斑为正交傅里叶余弦序列。5.根据权利要求1所述的基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，其特征在于所述轴锥镜将准直光学镜组准直后的高斯光束转化为零阶贝塞尔光束横截面强度由下述公式得出：2I(r)＝J0(k(n‑1)rγ)其中，I表示横截面光强γ表示轴锥镜底角，k表示波矢，n表示轴锥镜折射率，r为横截面坐标，J0为第一类零阶贝塞尔函数。2CN115951501A说明书1/3页一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统技术领域[0001]本发明属于水下目标成像探测技术领域，涉及一种水下鬼成像系统，具体涉及一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统。背景技术[0002]水下成像技术是水下探测的一项重要技术，在水下目标识别、跟踪与海洋探测等领域有广泛应用。水体中大量散射介质的存在会造成图像模糊，而光在水体中的快速衰减会导致成像探测器曝光不足，提升光源照度将加强散射效应，导致无法同时兼顾成像质量与成像距离，同时由沉积物颗粒所引起的电子噪声也会影响成像质量。这些影响在浑浊水体中更为明显，使得传统光学成像系统难以观察到目标。[0003]鬼成像技术使用无空间分辨能力的桶探测器采集光强信息，利用物体形态和光强波动之间的相关性进行成像，具有较高的噪声鲁棒性，应用于水下成像时可在低对比度甚至传统光学系统不可见的浑浊环境下工作。该技术目前存在的问题在于采用传统高斯光束进行照明时，光波在水体传播时会经历多重散射与衰减，导致成像质量较差、分辨率较低。发明内容[0004]为了解决背景技术存在的不足，本发明提供了一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统。该系统结构紧凑，可灵活调节，结合贝塞尔光束无衍射性与自恢复性，可提升鬼成像技术成像质量，在国防安全、水下资源勘探、科研等领域具有较强的应用潜力。[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的：[0006]一种基于贝塞尔光束的水下鬼成像系统，包括可调光源、准直光学镜组、轴锥镜、第一会聚透镜、光调制装置、第二会聚透镜、光强探测器、计算机，其中：[0007]所述可调光源用于向准直透镜组发射高斯光束；[0008]所述准直光学镜组用于对可调光源输出的高斯光束进行