一种水下激光成像设备最大衰减长度测量装置及方法与流程

本发明涉及水下激光成像设备最大衰减长度测量技术领域，特别涉及一种水下激光成像设备最大衰减长度测量装置及方法。

背景技术：

鉴于深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业的迫切需求，使得水下激光成像技术研究和装备研制成为当前国内外重点研究方向之一。但由于光在水中的衰减以及水中的杂质对光的散射作用，使得水下激光成像的作用距离和成像质量受到影响。研究水下激光成像设备主要技术指标及关键参数的测试和测量，需要搭建相关的试验平台，模拟被测设备的应用环境，测试测量其工作特性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对水下激光成像设备最大衰减长度测量的不足，搭建一套可模拟水下环境的一种水下激光成像设备最大衰减长度测量装置及方法，用以模拟水下光电成像设备的工作环境，提供水下目标供被测设备成像，对成像质量及最大衰减长度进行测量。

本发明是这样实现的，一种水下激光成像设备最大衰减长度测量装置，其包括：

一试验水槽、一移动导轨、一目标靶安装与方位调节机构、一水下目标观察窗口、一激光测距仪、多个高度可调的脚轮以及一计算机；

移动导轨包括两条精密丝杆，安装在试验水槽纵向的两条长边的上方；靶板安装与方位调节机构跨接在移动导轨上，可在移动导轨上沿试验水槽纵向做水平位移；水下目标观察窗口为透明材质，安装在试验水槽的一端；激光测距仪安装在试验水槽上带有水下目标观察窗口的一端上方；脚轮安装在试验水槽下方；计算机位于水下目标观察窗口前方；

移动导轨，用于承载目标靶安装与方位调节机构在水平方向上的移动，移动导轨两条轴线水平且互相平行。

试验水槽，用于盛放配置好的具有一定水质衰减系数的实验水样本，创造一个模拟的水下环境；

靶板安装与方位调节机构为靶板的安装机构并用于调节靶板靶面的方位；

激光测距仪，用于测量水下目标观察窗口与靶板安装与方位调节机构之间的距离，并发送到计算机；

脚轮，用于带动试验水槽在水平地面上移动，以及固定试验水槽位置，并用于调节试验水槽的水平角度；

计算机，用于对被测成像设备的图像进行处理分析。

在本发明所述的水下激光成像设备最大衰减长度测量装置中，试验水槽四周壁及底部涂覆黑色吸光材料，用于形成一个暗箱环境。

在本发明所述的水下激光成像设备最大衰减长度测量装置中，

目标靶安装与方位调节机构包括调整手柄、带直线轴承的安装支架及目标靶板；

目标靶板安装在目标靶安装与方位调节机构的下部，当试验水槽盛满水后，目标靶板完全浸没在其中，用于提供水下成像目标；调整手柄用于旋转使目标靶板沿垂向轴线旋转以改变目标靶板的成像角度，且具有角度锁紧装置；

目标靶安装与方位调节机构通过带有直线轴承的安装支架跨接在移动导轨上。

在本发明所述的水下激光成像设备最大衰减长度测量装置中，

水下目标观察窗口采用高透玻璃制作并镀增透膜，并进行密封以防止漏水，水下激光成像设备通过水下目标观察窗口对浸没在试验水槽中的目标靶板成像，水下目标观察窗口安装平面应试验水槽纵向垂直。

在本发明所述的水下激光成像设备最大衰减长度测量装置中，

激光测距仪安装在试验水槽安装有水下目标观察窗口的一端的上方，测距方向瞄准目标靶安装与方位调节机构，用于测量出目标靶板的位置，从而得到被测水下激光成像设备的成像距离，并将成像距离发送到计算机。

在本发明所述的水下激光成像设备最大衰减长度测量装置中，

计算机用于采集被测水下激光成像设备对水下目标靶板所成的图像，并进行分析，确定能分辨的图像极限，计算最大衰减长度。

在本发明所述的水下激光成像设备最大衰减长度测量装置中，

试验水槽底部安装的脚轮为六个，用于承载试验水槽及安装在试验水槽上的其他装置，通过六个脚轮上的高度调节固定装置可以调节试验水槽的水平角度并固定其位置。

本发明还提供一种使用上述任一项所述的测量装置测量水下激光成像设备最大衰减长度的方法，它包括下述步骤：

第一步、调节试验水槽底部各个脚轮，保证各个脚轮均匀受力，且试验水槽处于水平；

第二步、检查移动导轨上的丝杆是否清洁无杂物，目标靶安装与方位调节机构在未锁死的情况下是否能够在移动导轨上平滑移动，方位调整手柄是否能够顺利转动；

第三步、在目标靶安装于方位调节机构上安装目标靶板；

第四步、检查水下目标观察窗口是否清洁透明，以能够从水下目标观察窗口清晰观察试验水槽内部目标；

第五步、往试验水槽中注入所需特定衰减系数的水体样本，构成一个模拟的水下环境；

第六步、使用被测水下激光成像设备通过水下目标观察窗口对浸没在水中的目标靶板成像，由激光测距仪测量出成像距离，通过计算机中的测量软件对成像质量分析得出被测成像设备在某特定成像环境下的最大衰减长度。

在本发明所述的水下激光成像设备最大衰减长度测量方法中，通过向试验水槽中的水里添加不同量的添加物改变衰减系数，通过调节目标靶安装与方位调节机构在移动导轨上的位置改变成像距离，通过成像靶板上的不同的靶标图案来改变图像对比度和分辨率，以得到不同环境参数条件下对不同图像的水下激光成像最大衰减长度。

本发明的水下激光成像设备最大衰减长度测量装置及方法，根据水下激光成像设备的工作特性，采用四周壁及底部涂上黑色吸光材料的试验水槽，向水槽内注满水后以一个有限的小空间模拟实际大空间的水下环境；通过往试验水槽中注入与被模拟环境相同衰减系数的水样本，模拟不同水质条件的水下环境；采用在试验水槽上安装目标靶安装与方位调节机构，让目标靶板浸没在试验水槽中，模拟被水下激光成像设备探测的水下目标；通过调节目标靶板在试验水槽中的方位和位置，可以测试目标靶板在不同方位和不同作用距离下在激光成像设备中的成像质量；通过更换不同分辨率对比度的目标靶，可以测试不同分辨率对比度的目标在激光成像设备中的成像质量；通过在试验水槽的一端设计水下目标观察窗口，便于对试验水槽中目标观察和进行相关的测试。本发明是一套全面系统的测量装置，可以模拟不同水参数下的试验环境、不同分辨率对比度的水下目标、不同的目标作用距离和方位等，用于对水下激光成像设备进行成像质量及最大衰减长度等参数的测量。

附图说明

参照相应附图，结合优选实施方式，本发明的其他目的、细节、特征和优势将变得更为清楚，所述实施例仅为例示性介绍并无限制的意图，其中：

图1 为测量装置组成正视图；

图2 为测量装置组成俯视图；

图3为目标靶安装与方位调节机构第一组成图；

图4为目标靶安装与方位调节机构第二组成图；

1－试验水槽，2－移动导轨，3－目标靶安装与方位调节机构，3.1-调整手柄，3.2-带直线轴承的安装支架，3.3-目标靶板，4－水下目标观察窗口，5－激光测距仪，6－脚轮，7－计算机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1：是本发明的一个基本实施例。如图1所示，一种模拟水下环境的实验装置它包括一个试验水槽1，用于容纳特定衰减系数的水体；一个移动导轨2，安装在试验水槽1纵向的两条长边的上方；一个靶板安装与方位调节机构3，它包括调整手柄3.1、带直线轴承的安装支架3.2及目标靶板3.3；靶板安装与方位调节机构3通过安装支架3.2跨接在移动导轨2上，可以在移动导轨2上沿试验水槽1纵向做水平位移，调整手柄3.1用于调节及锁紧目标靶板3.3的方位；一个水下目标观察窗口4，安装在试验水槽1的一端；一个激光测距仪5，安装在试验水槽1上，测量水下目标观察窗口4与靶板安装与方位调节机构3之间的距离；六个带高度调节固定装置的脚轮6，用于试验水槽1的移动、调整及固定。

实施例2：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，试验水槽1作为一个盛水装置，其四周壁与底部应粘合牢固，可以承受试验水槽1盛满水后四周壁及底部的压力，同时具有防水性能，保证在长期盛水情况下无渗漏情况发生。试验水槽1的内径及纵向尺寸根据需要确定，应能够满足完成被测水下激光成像设备的视场和成像距离要求。试验水槽的形状根据实际情况可以设计为圆筒状或者长方体。

实施例3：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，其试验水槽1盛满水后以一个有限的小空间模拟实际大空间的水下环境。水下激光成像设备实际的工作环境可以认为是一个暗箱环境，成像目标只受到激光的照明。因此要充分减小试验水槽1的四周壁及底部对水下激光成像设备入射照明激光的后向散射和反射，以避免激光的散射和反射再次照射到模拟目标，影响模拟的真实性。因此在试验水槽1四周壁及底部涂上黑色吸光材料，形成一个暗箱环境。试验水槽1四周壁和底部的吸光材料要求耐腐蚀，具有长期稳定性，不会对试验水槽1中的水样品的物理或者化学特性产生影响从而改变水体的衰减系数；不会对外部入射激光有散射和反射作用，并且能阻止试验水槽1外部的光线透过试验水槽1对内部的环境产生影响。

实施例4：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，其移动导轨2安装在试验水槽1纵向的两条长边的上方，承载目标靶安装与方位调节机构3在水平方向上的移动，其两条轴线水平且互相平行。在移动导轨2上设置有距离标识刻线，可以指示目标靶安装与方位调节机构3在移动导轨2上的大致位置。移动导轨2表面抛光处理并具有一定的直线度，便于承载目标靶安装与方位调节机构3且能顺利在其上移动。同时，移动导轨2的两端设有限位装置，防止目标靶安装于方位调节机构3在移动到导轨两端时碰撞到试验水槽1的有关机构造成损伤。

实施例5：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，其目标靶安装与方位调节机构3通过带有直线轴承的安装支架3.2跨接在移动导轨2上，可以沿移动导轨2轴线方向上移动，且具有锁紧功能，在移动到确定的位置后可以通过锁紧机构将目标靶安装与方位调节机构3固定在移动导轨2上，防止其在水平方向上的滑动影响成像。

实施例6：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，目标靶板3.3安装在目标靶安装与方位调节机构3的下部，目标靶板3.3应牢固安装以避免在水中的晃动及漂浮。当试验水槽1盛满水后，目标靶板3.3完全浸没在其中，为被测水下激光成像设备提供水下成像目标。目标靶安装与方位调节机构3具有调整手柄3.1，可以旋转调整手柄3.1使目标靶板3.3沿垂向轴线旋转以改变并能够锁定靶板平面与被测成像设备光轴的角度，其作用之一是得到被测成像设备在不同的成像角度下的水下目标图像，其作用之二是当目标靶安装与方位调节机构3在移动导轨2上移动的时候，将目标靶板3.3旋转至与移动导轨2的方向平行，以减小其在水中移动时的阻力，方便操作。

实施例7：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，其水下目标观察窗口4采用高透玻璃制作并针对被测水下激光成像设备的工作波长镀增透膜，嵌入安装在试验水槽1的一端，通过带有密封垫圈的压板牢固安装在试验水槽1的一端的面板上，避免渗水，安装螺钉使用不锈钢材料避免锈蚀。水下激光成像设备通过水下目标观察窗口4对水下目标成像，水下目标观察窗口4安装平面应与试验水槽1纵向垂直。其大小应根据试验水槽1的端面大小以及被测成像设备的视场综合考虑确定，具有一定的强度，能够承受试验水槽1内部盛满水的压力，镀增透膜以在被测成像设备的工作波长具有高透过率，减少对入射照明激光的衰减。

实施例8：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，一个激光测距仪5安装在试验水槽1带有观察窗口4的一端上方，激光测距仪5的测量方向与移动导轨2的方向一致，测距激光瞄准目标靶安装与方位调节机构3，从而精确测量出目标靶安装与方位调节机构3在移动导轨2上的位置。再通过确定目标靶板3.3在目标靶安装与方位调节机构3上的位置以及激光测距仪5与被测水下激光成像设备之间的距离，从而得出成像距离——即被测成像设备与目标靶板3.3之间的距离。

实施例9：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，试验水槽1底部安装六个脚轮6，脚轮6带有高度调节及锁紧装置，当其收起时，试验水槽1可以通过脚轮在地面移动调整安放位置，当其放下时，试验水槽1在地面的位置固定并可以调节和锁定水平方向角度，在脚轮6旁边还可以设置辅助支撑装置以减小试验水槽1在盛水后的整体结构形变，确保稳定。

实施例10：是进一步的实施例。与上述实施例1不同的是，计算机7安装图像采集卡采集被测成像设备对水下目标靶板3.3所成的图像，并通过对图像分辨率和对比度的分析，确定被测成像设备在特定衰减系数和成像距离上的识别极限，进而计算出被测成像设备的最大衰减长度。

实施例11：是一种使用本发明所述的测量装置模拟某水质条件下的水下环境方法，它包括下述步骤：第一步、调节试验水槽1底部六个脚轮6，保证六个脚轮6均匀受力，且试验水槽1处于水平；第二步、检查移动导轨2丝杆是否清洁无杂物，目标靶安装与方位调节机构3在未锁死的情况下是否能够在移动导轨上2平滑移动，方位调整手柄3.1是否能够顺利转动；第三步、在目标靶安装于方位调节机构3上安装目标靶板3.3；第四步、检查水下目标观察窗口是否清洁透明，以能够从水下目标观察窗口清晰观察试验水槽1内部目标；第五步、往试验水槽1中注入所需特定衰减系数的水体样本，构成一个模拟的水下环境。第六步、使用被测成像设备通过水下目标观察窗口4对浸没在水中的目标靶板3.3成像，由激光测距仪5测量出成像距离，通过计算机7中的测量软件对成像质量分析得出被测成像设备在某特定成像环境下的最大衰减长度。

实施例12：是进一步的实施例。与上述实施例11不同的是，其所述特定衰减系数的水体样本，是通过向水中添加一定量的无机盐并充分搅拌均匀来实现，其对激光的衰减系数由专门的水体衰减系数测量装置取样测量，并记录在测量软件中用于计算最大衰减长度。

实施例13：是进一步的实施例。成像环境参数的改变通过下述方式实现：通过向试验水槽1中添加不同量的添加物改变衰减系数，通过调节目标靶安装与方位调节机构3在移动导轨2上的位置改变成像距离，通过成像靶板3.3上的不同的靶标图案来改变图像对比度和分辨率。在某特定衰减系数下由被测成像设备对某特定靶标图案成像，改变成像距离以至被测成像设备不能分辨靶标图案为止得到该条件下的最大成像距离，计算出最大衰减长度；然后保持水体衰减系数不变，更换靶标图像后再改变成像距离进行测量；所需图案靶标测量完毕后，改变水体的衰减系数，再次重复上述过程。从而得到一组不同衰减系数条件下，被测成像设备对不同分辨率和对比度的水下目标的最大衰减长度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。