湍流對水下雷射成像影響的機制研究

《湍流對水下雷射成像影響的機制研究》是依託華中科技大學，由夏珉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：湍流對水下雷射成像影響的機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：夏珉
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

成像質量是衡量水下成像探測系統探測能力的重要標誌，一個可以較全面的描述水下成像像質的像質分析模型對於圖像恢復、系統最佳化設計都有著重要的意義。隨著探測距離的增加，在研究像質影響機制的時候就不得不考慮真實海洋環境中普遍存在的各種尺度、結構的湍流的影響，傳統的像質評價模型不是缺少對湍流光傳輸特性模型，就是無法對湍流區域中結構性折射率隨機分布引起的非均勻圖像噪聲進行研究。針對這種研究現狀，本項目組首次提出了將湍流光傳輸模型引入時間依賴的多層蒙特卡羅方法，綜合考慮發射、接收系統和目標反射模型，構造仿真方法對距離選通成像結果進行圖像直接仿真，並通過圖像質量分析、對比研究湍流對像質的影響機制的創新性研究方案，提高了像質分析模型對海洋環境的擬真度，拓展了像質分析理論的適用範圍，對門控成像像質研究方法作出創新性的發展，有望在完善真實海洋環境下距離選通成像像質分析方法方面展開有益的研究。

結題摘要

在本項目中，我們提出並研究了利用引入湍流光傳輸模型的多層蒙特卡羅模型構造圖像直接仿真方法，並通過圖像質量分析研究湍流對像質影響機制的創新性研究方案。成像質量是衡量水下成像探測系統探測能力的重要標誌，傳統的水下成像結果仿真模型無法對湍流區域中結構性折射率隨機分布對像質的影響進行研究，因此必須將湍流光傳輸模型和門控成像系統特性引入傳統模型從而構造全新的圖像仿真方法。研究結果表明：通過對湍流結構的流體力學仿真計算可以得到湍流內部折射率結構性非均勻分布情況，針對摺射率非均勻分布區域所開發的光線追蹤算法實現了對區域內傳輸光線的有效追蹤，二者相結合得到的仿真模型可用於湍流區域光傳輸特性研究；所建立的引入湍流光傳輸模型的多層Monte Carlo模型能夠對包括湍流在內的複雜水體環境中距離選通成像結果進行直接仿真；通過不同條件參數湍流對圖像質量影響的仿真研究得出結論，湍流的存在會造成圖像對比度和成像解析度的劣化，對於圖像空間頻率高頻成分影響較大；湍流結構參數所造成的區域內部折射率非均勻分布變化越大，對圖像質量的影響越劇烈；實驗室條件下的湍流成像實驗結果及其分析驗證了理論仿真結果。