圓盤透明度在水下激光成像系統(tǒng)性能評估中的應(yīng)用

申 越，鄭 威，俞 兵，吳 磊，黎高平，楊鴻儒

(1.中國兵器科學(xué)研究院，北京 100089；2.西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安，710065)

引言

激光主動成像技術(shù)具有搜索效率高、分辨率高、定位精確、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在水下目標(biāo)成像探測與識別、海底地形地貌測繪等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-3]。水下激光主動成像系統(tǒng)的探測能力(最大探測深度)不僅與探測系統(tǒng)自身參數(shù)有關(guān)，還與水質(zhì)等環(huán)境因素有關(guān)。圓盤透明度(圓盤深度)作為水質(zhì)評價的重要參數(shù)，可用來評估水下激光雷達(dá)系統(tǒng)的最大探測深度。文獻(xiàn)[4]根據(jù)輻射傳遞方程和對比度傳輸方程，研究了機(jī)載激光雷達(dá)最大探測深度與海水圓盤透明度的關(guān)系，但該文給出的圓盤透明度模型未考慮水體傳遞函數(shù)等參數(shù)對激光雷達(dá)探測能力的影響，因此只適合評估基于光電倍增管(PMT)等點(diǎn)探測非直接成像技術(shù)的水下激光探測系統(tǒng)的探測能力。為評估基于ICCD距離選通及條紋管等直接成像技術(shù)的水下激光探測系統(tǒng)的探測能力，根據(jù)圓盤透明度成像模型，研究了吸收系數(shù)、散射系數(shù)、漫射衰減系數(shù)等水體水質(zhì)參數(shù)與圓盤透明度的關(guān)系，給出了圓盤透明度與水下激光主動成像系統(tǒng)最大探測深度的表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)表明，基于成像理論的圓盤透明度模型反映了水下激光成像系統(tǒng)探測能力與水體水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系，可用圓盤透明度指標(biāo)來評估水下激光成像系統(tǒng)的探測能力。

1 圓盤透明度模型

1．1 基于對比度理論的圓盤透明度模型

水質(zhì)透明度通常用圓盤深度(Secchi depth)來度量，圓盤深度(圓盤透明度)既與水體的固有光學(xué)性質(zhì)有關(guān)，也與水體的表觀光學(xué)性質(zhì)有關(guān)。……