水下大尺度光场分布研究

发布时间：2017-04-02 17:17

  本文关键词：水下大尺度光场分布研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：21世纪是海洋的世界,各个国家都对海洋资源的探测与开发展开了深入的研究,各个领域中的海洋探测技术的的发展都得到了很大的促进。以水下探测技术为例,可分为声学探测技术和光学探测技术。由于人眼的视觉效应,水下光学探测技术获取的影像更能够符合人眼的直观感受,因此展开水下光学成像的研究对于人类认识水下世界、开发海洋资源将发挥很重要的推动作用。本文针对海洋光学探测水下成像领域近些年的进展,通过对水介质的光学特性的研究与分析,根据照度学的相关理论基础,将纯粹光度学度量概念(如光强度、光通量等)引入到在水下光学研究中,使水下光场能量的分布能够很好地使用数学解析的方式进行描述。对水下视觉系统中常用的衰减距离、体积散射函数、水质透明度等概念进行了微观和宏观上的分析,同时确立了实验室环境下的有效的水质透明度的测量手段。在能量层面上和水下图像衬度传输层面上展开了对水下视觉系统的成像条件的研究,提出了一套基于视觉阈值的水下辅助照明视觉系统的成像有效性的评估标准。标准中指出水下辅助照明视觉系统的成效有效性不仅依赖于照明光源的强度,而且还依赖于光源、接收器CCD、目标物的几何配置属性,这些参数都最终影响着水下目标物的最大成像距离和成像质量。因此我们依照此套“评估标准”展开了水下大尺度光场的研究与设计工作,其大尺度的概念主要体现在成像距离大和视野景深足这两方面。在这一步的工作中完成了可用于2倍透明度距离目标物观测的水下双凸透镜密集集束光源(BILC)的设计与加工,通过光强测量等实验手段,验证了其光学参数符合设计标准。同时通过使用双凸透镜密集集束光源(BILC)和菲涅尔透镜集束光源(FNLC)以光源矩阵的方式使系统达到2倍透明度可视距离的同时,克服视野轴线上近距离景深不足的问题。
【关键词】：大尺度光场 非均匀光场 透明度 视觉阈值
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P715.5
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 研究意义14-15
• 1.3 本论文研究各章节安排15-17
• 2 水介质光学特性17-35
• 2.1 水下光度学度量17-24
• 2.1.1 光通量18-20
• 2.1.2 光强度20-22
• 2.1.3 光照度22-23
• 2.1.4 光亮度23-24
• 2.2 水下光的传输特性24-34
• 2.2.1 水介质的衰减效应24-25
• 2.2.2 水介质的散射效应25-29
• 2.2.2.1 水分子散射26
• 2.2.2.2 粒子散射26-27
• 2.2.2.3 散射效应宏观定性度量27-29
• 2.2.3 水体透明度29-34
• 2.2.3.1 海水透明度基本定义29-30
• 2.2.3.2 水下目标物衬度-水体透明度体系30-33
• 2.2.3.3 实验室常用透明度体系测量方法33-34
• 2.3 本章小结34-35
• 3 水下视觉系统成像的光场研究35-49
• 3.1 水下视觉系统成像的光场能量研究38-45
• 3.1.1 目标物直射光照度38
• 3.1.2 目标物散射光照度38-40
• 3.1.3 目标物总照度40
• 3.1.4 接收器接收回程直射光照度40-41
• 3.1.5 接收器接收回程散射光照度41-42
• 3.1.6 接收器接收探测目标全功率42-45
• 3.2 水下视觉系统成像的表观面衬度研究45-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 水下大尺度光场建立方法与设计49-67
• 4.1 2倍透明度距离成像设计51-58
• 4.1.1 光源强度参数计算51-53
• 4.1.2 系统衬度评估53-54
• 4.1.3 凸透镜密集集束光源(BILC光源)54-58
• 4.2 接收视角大景深设计58-60
• 4.3 水下大尺度光场系统实现60-66
• 4.3.1 光源阵列子系统60-61
• 4.3.2 图像采集、存储子系统61
• 4.3.3 控制子系统61-66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 水下大尺度光场成像实验67-85
• 5.1 单灯水下照明实验68-80
• 5.1.1 单灯水下照明实验环境与设备68-70
• 5.1.2 单灯水下照明实验目的70
• 5.1.3 单灯水下照明实验过程70-72
• 5.1.4 单灯水下照明实验结果72-80
• 5.2 集束光源阵列系统水下照明实验80-84
• 5.2.1 集束光源阵列系统水下照明实验环境与设备80-81
• 5.2.2 集束光源阵列系统水下照明实验目的81
• 5.2.3 集束光源阵列系统水下照明实验过程81-82
• 5.2.4 集束光源阵列系统水下照明实验结果82-84
• 5.3 水下大尺度光场照明结果分析讨论84-85
• 6 总结与展望85-87
• 6.1 本文工作总结85-86
• 6.2 未来展望86-87
• 参考文献87-92
• 致谢92-93
• 个人简历93
• 发表的学术论文93

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本文编号：282868