海底成像系統

海底成像系統是指在海底環境下，進行圖像檢測並將檢測到的圖像呈現出來的系統。海底成像系統系統主要有光學系統和機械結構系統組成。成像系統的主要設計思路主要是對體型、質量、品質的要求，實現成像系統的設計理念。使起達到輕便、小巧、設計嚴密等特點。

基本介紹

• 中文名：海底成像系統
• 外文名：seafloor imaging system
• 類別：測繪科技
• 套用：軍事
• 系統組成：光學系統和機械結構系統
• 密封設計：機械密封等

發展現狀

上世紀四五十年代以來，國外水下雷射成像技術的發展主要體現在改善了傳統攝像機的透鏡、彩色平衡濾光片、壓力孔，此外，高解析度攝像機的問世也大大改進了此項技術。在這一階段當中，水下所拍攝的相片質量往往不高，因此，水的物理性質所造成的影響成為了水下雷射成像的研究重點。

美國在水下雷射成像系統的研究開始於幾十年前，考慮到保密的因素，並沒有相關報導，目前，國外已有多款型號的水下雷射成像系統問世，主要套用于海下攝像和探測等方面。此類系統還可被布設在船隻以及艦艇下面，用來捕捉水下的二維圖像。當船隻航行時，海底的二維圖像就會由系統成現，水下雷射成像和探測距離可達4個衰減長度，系統所成圖像的清晰度和解析度都很高。另外，有國外開發研製的具有快速旋轉特性的稜鏡控制雷射技術系統，在軍用潛艇上已有裝配。

最近幾年，國內各研究部門也對水下成像技術提高重視。某大學正在研發一種選通型水下成像器件，主要運用於對水下目標的觀測與研究，選擇使用了國內某型號高性能雷射增強設備，研製開發完成後，應該會對國內水下成像系統的套用水平起到一定的推動和指導。

工作原理

首先，選用比較狹窄的雷射來傳送並接受，在掃描裝置與物體之間所在的區域進行掃描，這樣可以將掃描空間進行分離。雷射器不間斷的傳送連續的光源，達到掃描整個視場的目的。此時，光路回收器接受往返光束，並且也起到掃描的作用。其中，接收器只負責接受重疊部分所產生的往返光束，其餘的光束都不接受，這樣就形成了很大的視場角，使得光束的後向背景散射光束儘可能少的被接收器接受。隨著光源發射角度的調整，往返光束的交角也隨之變化，這樣使得成像距離變得可控。如《水下雷射成像系統原理圖》所示。

水下雷射成像系統原理圖

在一定程度上，雷射雷達原理與水下成像系統原理有類似之處。雷射器發射脈衝光束，雷射通過在水介質對水下目標進行圖像採集，接收器接受反向光束後成像。在水介質中，光的能量杯削減，受到各種因素干擾後，嚴重的影響了成像系統的成像質量和探測距離。

作為一個成像系統的絕對核心部件，CCD通過光電轉化把我們所眼見大千世界轉化成電信號，進而轉換為能夠輸入微機的二進制數字信號。CCD(電荷藕合攝像器件)圖像感測器具有較高的解析度，並且它具有較低的噪聲產出，高敏感度以及體型小的特點是其適合各種系統的配備，動態廣，重量輕等優點在航天成像方面也具有相當獨特的優勢特點，所以CCD光電藕合器件比較適合水下成像系統的特性。CCD器件基本工作原理與金屬矽的特性以及電容的物理特質相關。光信號衝擊在CCD面板上，在半導體器件中產生光電轉化，然後通過脈衝驅動，產生電信號，隨著各時序的驅動，從而產生了數字信息和圖像信息。

密封設計

在空氣環境中的密封系統與水下環境中的密封系統有很大的區別，水下環境惡劣，而且各項要求也非常嚴格。

①在水下環境中，對於整個系統的安全指標要求很高，最重要的就是要絕對防止水的進入，如果不慎有水進入，不但使整個系統癱瘓，甚至會導致系統各部件受損。

②由於水介質中的壓力的存在，所以對整個系統的體型以及重量的要求會更加嚴格，只有體型足夠小，重量足夠輕的系統參數，才能滿足水下環境的要求，所以系統對重量比的要求格外嚴格。

③因為整個系統是在水中，水介質中含有很多微生物，而且水的成分十分複雜，這樣就要求密封材料要有很強的耐腐蝕性，而且系統內部也有金屬器件，所以既要滿足內部耐腐蝕環境也要滿足外部水環境的要求。

④水下環境不同於空氣中，水的壓強過大，如果密封材料抗壓能力不足，系統極容易損壞，由於工作深度的不同，材料要滿足內部和外部的雙重壓力，所以要求較高。

對於防止水的滲入採取以下措施:

(1)對系統端面採取儘量嚴密的靜密封。

(2)在水與系統接觸的位置上布置O形密封圈，能夠有效的達到密封效果。

(3)對於複雜的水下系統，可以假設一個密封箱作為分離海水的有效屏障。

水下密封的方式有很多，常見的密封方式有0形圈密封和機械密封。

O形圈密封

o型圈屬於壓力密封型組件，其受到外力作用會變形並起到密封的作用，封住系統內部與外部水的連線處，達到密封的效果。o型圈的特點是，體型較小，並且具有簡單而已安裝的結構，並且製作成本低，結構緊湊等優點。並且其具有良好的使用範圍，適用溫度範圍廣的特點。o型圈的不足體現在動態密封結構中，因為動密封處在不斷運動的系統當中，所以很難做到無泄漏。並且由於密封面比較光滑，所以容易出現打滑的現象，所以主要運用於靜密封系統當中。

機械密封

機械密封在醫療器械、軍工、石油煉化、鋼鐵等行業都有相當廣泛的套用。密封面為受力可變型式的軟體構成，當系統外部受壓時，密封面的摩擦力增大，使密封系統與內部系統直接的緊湊型增強，達到無縫隙狀態。為了更好的使用系統要求，機械密封一般具有以下特點：

(1)擁有較長的使用時間，無需經常性的更換，抗磨損，材料成本低。

(2)具有良好的抗振性，能夠起到很好的緩衝作用。

(3)密封性能良好，密封精度高，具有很高的可控性。

(4)結構簡單，適合簡單裝配，價格較為低廉，適合較為複雜的系統環境。