拓扑荷数对拉盖尔-高斯涡旋光浑浊水下传输的影响EI北大核心CSCD

以高斯光作为参考光,实验研究了携带不同拓扑荷数的拉盖尔-高斯(LG)涡旋光在浑浊水下的传输行为。结果表明,水体较浑浊(衰减长度不大于0.118m)时,拓扑荷数较大的LG光束具有更强的水下传输能力;对于透射光束的能量密度分布而言,传输距离决定最佳拓扑荷数,与水体浑浊程度无关。该实验方法和测量结果对LG涡旋光在水下光通信和水下目标探测等领域的应用具有潜在的指导意义和工程价值。     

拓扑荷数对拉盖尔-高斯涡旋光浑浊水下传输的影响

以高斯光作为参考光,实验研究了携带不同拓扑荷数的拉盖尔-高斯(LG)涡旋光在浑浊水下的传输行为。结果表明,水体较浑浊(衰减长度不大于0.118m)时,拓扑荷数较大的LG光束具有更强的水下传输能力;对于透射光束的能量密度分布而言,传输距离决定最佳拓扑荷数,与水体浑浊程度无关。该实验方法和测量结果对LG涡旋光在水下光通信和水下目标探测等领域的应用具有潜在的指导意义和工程价值。     

基于频谱信息的浑浊水下偏振成像技术

水体中悬浮粒子对光的散射导致浑浊水下成像质量下降。偏振光学成像技术可基于偏振信息分离散射光和信号光,是浑浊水下成像的有效方法。然而,现有的水下偏振成像技术主要从空域分离散射光和信号光,对于散射光的抑制效果较为有限。利用散射光和信号光在频域的差异性,基于对偏振图像频谱信息的处理实现了对后向散射光的有效抑制,从而实现了成像清晰度的显著提升。在不同浑浊程度水体环境下对于不同物体开展了多组实验,实验结果表明,所提方法相对于传统的水下偏振成像方法可更好地抑制后向散射光和凸显物体信号光,最终实现在浑浊水体环境下的清晰成像,尤其对于高浑浊水体,成像清晰度提升效果明显。     

一种深海游动生物三维原位观测系统

为了解决目前深海生物探索中存在的"有观无测"问题,提出并研发了基于立体视觉的深海生物原位观测系统。深入研究了水下三维视觉的关键技术,解决了水下视觉系统标定问题。针对游动生物扭曲段高精度测量,提出了一种基于Ramer算法的鱼类轮廓分段测量算法。结合特征匹配算法及极线约束条件完成匹配工作。基于所研制的搭载三维视觉系统的深海水下作业平台开展了试验,结果表明,在1.5m的工作距离条件下,水下测量精度为1.0mm。     

双网组合下的水声通信网络节点的设计与实现

针对水下通信平台之间通信网络在可靠性、快捷性等方面的不足,提出将水下成熟的通信网络与自组织网络相结合,在特定的区域部署通信网络节点系统对信息进行转发,从而提升了水下通信网络的稳定性与灵活性;研究并设计了水下通信网络节点的系统架构、硬件系统、软件系统;在户外水域相隔10 m的距离分别放置通信节点系统到水下3m的位置,在Matlab7.0平台上完成对对水下通信网络节点信号进行测试,在PC机上应用串口调试助手软件按照初始化的参数:8位数据位、1位停止位、无奇偶校验码、波特率115 200 b/s,测试结果表明:文章系统采样准确,误差低,满足实际需要。     

基于独立元分析的水下激光雷达后向散射噪声去除方法

模拟了调制脉冲激光雷达在水下的探测信号,利用快速独立元分析方法(FastICA)的迭代算法将探测信号中的目标与后向散射信号分离,恢复出浑浊水域被强后向散射淹没的弱目标反射回波信号,极大地提升了信噪比.将解调信号设置为调制频率及三倍调制频率余弦函数之和,目标回波信号只需一次相干解调即可获得,其峰值位置与目标和探测器之间的...     

一个新型的水下实况微光高速电视记录系统

介绍了一个新型的水下实况微光高速电视记录系统在船上或岸上使用该系统的控制系统,可对该系统的水下成像系统进行远程控制,并通过该水下成像系统得到水下运动目标的水下常速电视图像、水下高速电视图像和水下微光高速电视图像该系统的工作水深可达水下50m.     

基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术研究

针对浑浊水体偏振成像时由于强散射作用导致的背景散射光分布不均匀且目标信息被淹没,无法有效解译,难以实现清晰化成像的问题,提出基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术.该技术利用散射光场中偏振信息的共模抑制特性消除非均匀性,结合水下散射光场中背景信息纹理单一、信息相关性高以及目标信息空间占比小的特点,建立偏振域的稀疏-低秩信息分析处理模型,有效分离目标和背景信息,重建高对比度清晰目标图像.实验结果表明,基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术不仅能够有效地提升浑浊水下图像的对比度,复原细节信息,而且能够有效地抑制非均匀强散射,在水下偏振成像领域具有良好的应用前景.     

南中国海“G-Argo”声学浮标目标探测能力分析*

“G-Argo” 水下声学浮标作为一种新型的无动力无人移动观测平台,具备对海上目标广域、长时、隐蔽探测功能,是“透明海洋”工程立体观测系统的重要组成部分。本文通过在现有海洋环境观测浮标平台基础上,进行声学系统电磁兼容性优化设计,减小浮标平台对声学系统的电磁干扰,研制出具有目标探测能力的“G-Argo”水下声学浮标平台。并于2018年5月,在南海海区组织了多台水下声学浮标探测性能验证试验,试验结果表明,深海良好水文条件下,“G-Argo”水下声学浮标对航速10kn的配合试验船目标最远探测距离大于11km,对航速6.4kn的工程船目标最远探测距离大于42.8km,对航速12kn的集装箱船目标最远探测距离大于15.8km,对航速14.5kn的集装箱船目标最远探测距离大于24km。     

集束光水下图像系统

报道了一种新型的适用于浑水条件下的集束光水下图像系统.分析了目前水下观察采用的两种技术—同步扫描技术和距离选通技术,介绍了该水下图像系统的构成原理以及系统组成.通过水池实验,验证了系统的有效性.给出了集束光水下图像系统与水下激光图像系统在探测距离及其它性能方面的比较结果.该系统有望在海洋工程及军事上得到广泛应用.     

激光水下偏振特性用于目标图像探测

利用激光水下偏振特性获得偏振差分图像(PDI),并运用PDI技术,从理论和实验上对水下目标探测进行了研究.介绍了PDI基本概念和实验系统原理,然后比较分析了不同条件下普通图像与PDI在辨别目标距离及其纹理上的差别和PDI中背景偏振光的影响,得出利用目标和背景偏振光的差异区分二者,从而提高探测距离的结论,并取得了较好的效果.在此基础上提出了通过处理有关PDI偏振参量来进一步辨别目标与背景的设想.     

杭州湾水体光谱高频观测及在悬浮物动态变化监测中的应用

现场光谱观测是水色遥感真实性检验的基础。传统基于航次站位观测获取的水体光谱数据少,难以满足快速变化的近岸水体遥感产品真实性检验的需求。为此,国际上开始发展水体光谱连续观测系统,但目前近岸水体光谱连续观测系统仍较少,特别是在高浊度、高动态的水体。针对该问题,在杭州湾建立了一套基于海上塔台的高浑浊水体光谱高频观测系统。该系统每3 min获取一次水体光谱数据,实现与过境卫星观测时间的匹配。本文重点开发了基于海上塔台特点的水体光谱高频观测数据的处理方法,实现了晴空、耀斑、阴影、弱光照等自动判别,并对处理结果进行了检验。结果表明,塔台观测获得的归一化离水辐亮度光谱与船测结果具有较高的一致性,相关系数大于0.99, 平均相对误差为9.96%。此外,对塔台水体高频观测系统的长期观测能力进行了评价,结果表明,尽管系统运行一年之久,系统与便携式地物光谱仪ASD同步观测获得的水体归一化离水辐亮度在谱形和数值上一致性均较好,相关系数大于0.90,平均相对误差为6.48%。同时,利用系统高频观测的水体光谱可有效监测悬浮物浓度随潮汐的快速动态变化。杭州湾塔台水体高频观测系统为进一步开展浑浊水体水色卫星遥感产品真实性检验提供了丰富的现场光谱数据,特别是高时间分辨率的静止轨道水色卫星遥感产品的真实性检验。     

利用MODIS数据进行QuickBird-2卫星海岸带图像大气校正研究

大气校正是遥感信息定量化过程的一个重要环节,而在大气校正中起关键作用的是气溶胶光学厚度,气溶胶的模式和大气漫射透过率;但在浑浊的水体上空,这些参量很难用卫星图像反演得到,从而提出了基于同步MODIS数据辅助QuickBird-2卫星图像进行海岸带大气校正算法,该方法由MODIS图像的水体像元反演出混浊水域上空气溶胶光学特性,与MODIS气溶胶产品相比相对误差小于10%;同时,借助6S辐射传输模型,并考虑了高分辨率图像临近像元效应,对QuickBird-2卫星海岸带图像进行大气校正.给出了我国沿海地区QuickBird-2卫星图像大气校正的结果,并对反演误差进行了分析.     

Speckle size and decorrelation time; space-time correlation analysis of coherent light dynamically scattered from turbid media

We report on the dependence of the decorrelation time on the spatial intensity correlation of speckles generated in the far-field by back-scattered photons from turbid media. The effects contribute to an explanation of an earlier observation that the average Doppler width of the power spectrum of detector current fluctuations depends on the size of the illuminating laser beam. The space-time correlation of the speckles generated by a particle suspension illuminated by a collimated laser beam is analyzed from serial images taken by a high speed camera. It was found that larger spatial correlation distances, associated with large speckles, exhibit a slower temporal decorrelation.     

Effects of modulation phase of ultrasound-modulated light on the ultrasound-modulated optical image in turbid media

In this paper, our investigations suggest that the modulation phase of ultrasound-modulated light escaping from the different locations in the ultrasonic field is different. In turbid media, the modulation phase causes the ultrasound-modulated light intensity collected outside the media to fluctuate. However, the ultrasound-modulated optical technology uses the ultrasound-modulated light signals to image. Consequently, the modulation phase affects the quality of ultrasound-modulated optical imaging.     

Divergent-beam Lidar imaging in turbid water

Although there are rapid developments of underwater robotics vehicles in recent years, the underwater visual sensing or/and underwater imaging is still regarded as a major undertaking challenge, particularly in turbid water condition. Currently, a divergent-beam underwater Lidar imaging (UWLI) system has been finished and it precisely captured nano-seconds fast-gated images in highly turbid water. This permits the receiver to collect only the image-containing light pulse returned by the target and thus reduce the water-scattering related noise of underwater image dramatically. The end result is greatly improved intensity and contrast of the detected images. Based on our newly designed series targets, we are the first to successfully demonstrate UWLI in such a short 3 m water tank, and show the fast range-gated phenomenon in water much more clearly. The attenuation coefficients in turbid waters are 1.0 m and 2.3 m⁻¹, respectively.     

近红外波段二类水体悬浮物生物光学反演模型研究

通过野外高光谱仪对二类混浊水体进行光谱测量,分析了400～1 200 nm范围内的水体光谱特性。显示高浓度悬浮物含量对水体总的反射率贡献较大,在近红外波段处的808和1 067 nm存在较为明显的悬浮物反射峰。基于对水体固有光学特性参数在近红外波段范围内的简化条件,建立了反演悬浮物浓度的生物光学模型经验公式,并通过与线性和指数反演公式的对比,进行了模型反演精度评价。分析结果表明,基于近红外波段的生物光学模型反演精度较高,可有效地提取二类混浊水体的悬浮物浓度信息。     

匹配型保偏光纤自动对轴技术

The auto alignment technique is studied for the PM fiber (PMF) of matching refractive index(MRI). The polarization observation by lens effect tracing technique(POL) is introduced. Based on the POL,an auto alignment system is designed and its performance is then tested. Different light intensity distribution characteristic is found on the different observation surfaces in a series of experients. The widest range of adjustment is achieved when the observation surface corresponds to a light intensity distribution with five characteristic points. This means it is easier to focus.The five point method is presented after analysis of the curves of the five characteristic points with respect to the azimuth angle of the optical fiber.By comparison with the POL,this method is easier to be realized and has higher measurement accuracy,so it is suitable for auto alignment system.     

Polarized optical coherence imaging in turbid media by use of a Zeeman laser

A method that uses a Zeeman laser in conjunction with a Glan-Thompson analyzer to image an object in a turbid medium is proposed. A heterodyne signal is generated only when the scattering photons are partially polarized, and the spatial coherence is not seriously degraded after the signal propagates in the turbid medium. A system combining polarization discrimination with optical coherence detection to image the object in a scattering medium is successfully demonstrated. The medium is a solution of polystyrene microspheres measuring 1.072 mum in diameter suspended in distilled water contained in a 10-mm-thick quartz cuvette. The advantages of this optical system, including better selectivity of the weak partially polarized scattering photons and better imaging ability in higher-scattering media, are discussed.