Chinese Optics Letters
Search
动态信息

COL Highlight (Vol. 21, Iss. 8): 准贝塞尔光场为水下潜航器的视觉成像带来新机遇

发布:lina000288阅读:386时间:2023-12-12 10:50:15

主编推荐 | 准贝塞尔光场为水下潜航器的视觉成像带来新机遇

 

Chinese Optics Letters 2023年第8期Editors’ Pick:

 

Zhe Sun, Tong Tian, Sukyoon Oh, Jiang Wang, Guanghua Cheng, Xuelong Li. Underwater ghost imaging with pseudo-Bessel-ring modulation pattern[J]. Chinese Optics Letters, 2023, 21(8): 081101

 

该研究以水下潜航器视觉导引为目标,提出了能够有效减低光场信息丢失的水下成像方法,在大衰减、强散射的水下湍流环境中,实现了高信噪比的目标图像处理及重构,为受限条件的水下潜航器视觉导引做了必要的技术探索和储备,是“临地安防”的典型应用之一。

 

众所周知,传统水下成像面临严峻的吸收、散射等问题。目标物体一维强度波动信息的计算成像技术,对获取水下远距离、高信噪比图像具有重要意义,为涉水光学领域的图像数据获取及解算提供了新的技术支撑。

 

目前,已经有研究人员将水下散射模型纳入计算成像模型中,尝试解决由于散射造成成像质量下降的问题。然而,随着光在水下传播距离的增加,水对光场散射造成的畸变积累变得不容忽视,并且水下散射模型无法准确描述动态散射过程。因此,水下散射模型在实际应用中将不再适用,贝塞尔光场调制则提供了一个新的解决方案。贝塞尔光束通过调制横截面的相位分布形状,使其在自由传播(不受外界介质影响)时能够保持其相位结构,并表现出较好的抗衍射性能,因此贝塞尔光束被认为是无衍射传播的“自愈”光束。将贝塞尔光束应用于水下成像中,能够有效减少由于水中颗粒物造成的衍射效应,进而解决图像质量随水下传播距离增加而快速下降的问题。

 

为解决上述问题,西北工业大学李学龙教授团队与德国耶拿大学和耶拿亥姆霍兹研究所的研究人员合作,设计了偏移位置准贝塞尔光场与随机二元散斑调制的照明散斑,进行了水下成像实验,获得了具有更高信噪比的水下目标图像。相关成果发表在Chinese Optics Letters 2023年第21卷第8期。

 

图1 具有偏移位置伪贝塞尔环形散斑图案的重影成像装置的示意图

 

在该研究工作中,使用水吸收较少的532nm激光作为光源,照射至空间光调制器。将偏移位置准贝塞尔光场与随机二元散斑调制的散斑投影至空间光调制器,获得相应地准贝塞尔空间光场。在传统随机散斑的基础上结合了伪贝塞尔环状光束,有效地减少了水体中光束的传播误差,其特殊的环状结构也有利于入射光能量的集中。调制后的准贝塞尔光束经水下传播后抵达目标物体,通过记录光场强度数据与散斑的相关性,重建出目标图像,图1所示。

 

从实验结果可以看出,准贝塞尔光场在高散射介质中具有明显优势,能够有效改善目标物体图像质量。该项工作是实际的工程应用与理论的成功结合,将激励研究人员在鬼成像原理与应用领域探寻更优美的理论机制,催生更富效能的实用价值。未来,团队将围绕“临地安防”领域,专注于涉水环境的成像及图像处理技术,并应用于水下智能光学导引,服务海洋强国建设。