水下目标三维成像采集装置

1.本实用新型属于水下成像领域，具体涉及了一种水下目标三维成像采集装置。


背景技术：

2.近几年来，随着人们对海洋、湖泊领域的不断探索，水下成像愈发重要。水下成像已经成为光学和海洋学科的重要研究方向。然而由于水下情况的复杂性和不确定性，以及成像质量受到水体的吸收作用和散射作用影响，水下成像的质量仍不尽如人意。目前水下成像主要分为几种方式：一种是水下主动照明成像，采用高功率的主动照明设备，在高损耗的情况下保证成像回波信号的绝对能量；另一种是水下激光扫描成像，通过激光照明结合线扫描或点扫描的方式对目标进行采样后将信号按位置拼接得到目标的灰度图像，但这种方式由于其多次采样的原因，成像速度较慢；还有一种是水下距离选通成像技术，采用主动脉冲照明方式，使得后向散射光和目标反射光到达成像接收器件具有时间差，通过控制成像快门的开闭，将非目标反射光束到达时间段的光束隔离在接受器件之外，只接收目标反射光束到达时间段的光信号，达到排除杂散光干扰，提高接收数据的信噪比的目的，进而增加成像距离和提高成像质量，但该技术单次成像只能获取预设好距离的目标。以上这些成像方式均是针对水下干扰所做出的改进设计，只能采集到目标物体的二维信息而无法实现三维轮廓的成像。
3.因此，水下成像领域仍有很大的探索空间，需要一种更加方便和高灵敏度的水下目标三维成像设备。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型针对上述问题，提出一种水下目标三维成像采集装置。
5.本实用新型提出一种水下目标三维成像采集装置，包括：主动光源阵列、光学图像传感器和控制系统，所述控制系统与主动光源阵列、光学图像传感器相连，所述主动光源阵列包含若干个以环形排布的方式布置于光学图像传感器周围的光源透镜组，所有光源透镜组设置在同一平面，光源透镜组的光源强度周期性变化。
6.可选的，所述控制系统包括光源强度控制模块和控制模块，光源强度控制模块与主动光源阵列连接，控制模块与光源强度控制模块相连，控制模块与光学图像传感器相连。
7.可选的，所述光源强度控制模块包括数模转换器、运算放大器、反馈电阻器、参考电阻器和输入电阻器，所述控制模块的数据输出引脚与数模转换器的输入引脚相连接，通过控制模块的数据输出控制数模转换器的输出电平，经过运算放大器和反馈电阻器、参考电阻器、输入电阻器所组成的放大电路后与主动光源阵列相连。
8.可选的，所述光源透镜组中包含一个点光源以及对应的透镜，所述点光源为全向光源。
9.可选的，不同光源透镜组的照射范围有一定的向外偏转角度，且各个不同光源透镜组的照射范围之间有一定的重叠部分。
10.可选的，光源透镜组和光学图像传感器之间有一定间隔，相邻两个光源透镜组之间也有一定间隔。
11.可选的，该装置有两种工作模式：
12.第一种工作模式，光源透镜组中的点光源依次亮起并进行光源强度的周期变化；
13.第二种工作模式，光源透镜组中的点光源同时亮起并进行光源强度的周期变化。
14.有益效果：
15.本实用新型通过对光源强度的控制调整成像的最远距离，当光源强度从低到高或从高到低逐渐变化时，不同距离的目标部分会依次达到可被采集到反射光线的信噪比，从而实现目标信息获取，后续结合基于可见光衰减特性的三维轮廓成像算法就能实现三维轮廓成像。本实用新型结构简单，实现成本低，使用方便，适用河道、湖泊和海洋中的水下成像，具有很好的应用前景。
附图说明
16.图1为本实用新型的水下目标三维成像采集装置的整体结构示意图；
17.图2为本实用新型的光源透镜组整体结构示意图；
18.图3为本实用新型的光源强度控制模块电路图；
19.图4为本实用新型的两种工作模式的照射范围示意图；
20.图中：主动光源阵列1、光源透镜组11、点光源111、透镜112、光学图像传感器2、控制系统3、光源强度控制模块31、数模转换芯片311、运算放大器 312、反馈电阻器313、参考电阻器314、输入电阻器315、控制模块32。
具体实施方式
21.为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
22.如图1所示，本实用新型实施例首先提供了一种水下目标三维成像采集装置，包括主动光源阵列1、光学图像传感器2和控制系统3。控制系统3包括光源强度控制模块31和控制模块32；光源强度控制模块31控制驱动主动光源阵列中的光源强度按照特定步进进行周期变化，控制模块32对从光学图像传感器获取的不同角度和距离的图像信息进行存储和综合分析；主动光源阵列1中光源强度周期变化的光源照射水下目标图像，光学图像传感器2采集不同距离成像的水下目标图像信息。
23.光源强度控制模块31与主动光源阵列1连接，控制主动光源阵列1中的光源强度进行周期性变化；控制模块32与光源强度控制模块31相连，控制模块 32与光学图像传感器2相连。
24.本实施例中控制模块32为arduino mega 2560。在其他实施例中，所述控制模块可以为其他的单片机、微型计算机。
25.如图2所示，主动光源阵列1包含若干个以环形排布的方式布置于光学图像传感器2周围的光源透镜组11，所有光源透镜组11设置在同一平面，同时所有光源透镜组11的前端和光学图像传感器2的前端对齐在同一平面，光源透镜组11和光学图像传感器2之间有一定间隔，相邻两个光源透镜组11之间也有一定间隔。每个光源透镜组11中包含一个点光源111以及对应的透镜112。
26.在本实施例中，光源透镜组11的个数为8个，以环形排布的方式均匀布置于光学图像传感器2周围，光学图像传感器2的型号为omnivision公司生产的 cmos图像传感器ov2640。
27.在其他实施例中，所述光源透镜组11的个数可以为一个或多个，多个光源透镜组11可以以其他的排布方式进行排布。
28.光源透镜组11中的点光源111为全向光源，本实施例中的点光源采用白色 led灯，每个光源透镜组11中的透镜112对光束的偏转方向不同，因此不同点光源111的出射光经过透镜112之后有一定的向外偏转角度，可以照射到更宽角度范围的目标物体；同时不同光源透镜组11的照射范围在中心位置有一定的重合区域。
29.在其他实施例中,所述点光源可以为金属卤化物灯或高压钠灯。
30.如图3所示，本实用新型的光源强度控制模块31包括数模转换器311、运算放大器312、反馈电阻器313、参考电阻器314和输入电阻器315。控制模块 32的数据输出引脚与数模转换器311的输入引脚相连接，通过控制模块32的数据输出控制数模转换器311的输出电平，经过运算放大器312和反馈电阻器313、参考电阻器314、输入电阻器315所组成的放大电路后与主动光源阵列1相连，控制主动光源阵列1中点光源111的电流强度，从而调整点光源111的光源强度。
31.在光源强度控制模块31的控制驱动下，点光源111的光源强度按照特定步进由低到高或由高到低周期性变化；在本实施例中，点光源111的光源强度与点光源111的工作功率呈线性关系：光源强度＝发光效率*工作功率，本实施例中点光源111的发光效率为180lm/w；点光源111的工作功率受到光源强度控制模块31的控制，由低到高或由高到低周期性变化。在本实施例中，其由低到高的光源强度步进值为0.3瓦。当光源强度为一特定值时，距离光学图像传感器2最大成像距离内的目标才能被捕获到反射的光线并成像，随着光源强度的增加，光学图像传感器2可以对距离由近到远的目标依次成像，将这些目标图像与对应的距离信息进行综合,利用基于可见光衰减特性的三维轮廓成像算法，从而实现三维轮廓成像。
32.本装置有两种工作模式：
33.第一种工作模式下，适合于较近距离的三维成像，光源透镜组中的点光源依次亮起并进行光源强度的周期变化，分别成像后对不同角度和距离的图像进行综合分析，实现较宽角度范围内的三维成像，此时每次成像时主动光源阵列的光源强度即为点光源的光源强度；
34.第二种工作模式下，适合于较远距离的三维成像，光源透镜组中的点光源同时亮起并进行光源强度的周期变化，光学图像传感器对所有点光源覆盖区域的重叠部分进行成像，对重叠部分不同距离的图像进行综合分析，实现较远距离范围内的三维成像；此时每次成像时主动光源阵列的光源强度为所有点光源的光源强度的叠加。
35.以上，仅是本实用新型的较佳实例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实例，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上事例所做的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的保护范围之内。