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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于激光偏振特性檢測的水下目標(biāo)探測與識(shí)別系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 冷戰(zhàn)結(jié)束后，隨著海軍的戰(zhàn)略任務(wù)從深海對抗轉(zhuǎn)變?yōu)樵谟袧撛跀骋獾难睾Ｋ虮３周娛虏渴?，水雷?zhàn)和反水雷戰(zhàn)就愈發(fā)重要起來。同時(shí)現(xiàn)代潛艇靜音技術(shù)越來越先進(jìn)，單一的聲納探測技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要。本作品采用偏振探測技術(shù)，利用反射光的偏振特性實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的探測與識(shí)別，將有望解決“零噪聲”潛艇和水雷的探測問題。
- 詳細(xì)介紹：
- 處于自然偏振狀態(tài)的激光經(jīng)人造物體反射后，成為部分偏振光或線偏振光，反射光的偏振特性蘊(yùn)含了目標(biāo)的多種信息，通過攝像機(jī)前置偏振鏡來提取不同偏振度的圖像。利用人造目標(biāo)與自然物體表面特性的差異，通過圖像處理可以從背景中分離出人造目標(biāo)。同時(shí)本作品采用了距離選通技術(shù)和偏振差分圖像處理技術(shù)大大改善了水下激光成像質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的作用距離和探測與識(shí)別目標(biāo)的能力。與傳統(tǒng)聲納技術(shù)相比，具有探測靈活、響應(yīng)迅速、更易識(shí)別目標(biāo)、隱蔽性好和探測精度高等特點(diǎn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明目的：探測和識(shí)別復(fù)雜背景下的水下軍事人造目標(biāo)。 基本思路：處于自然偏振狀態(tài)的激光經(jīng)物體反射后，成為部分偏振光或線偏振光。水下人造目標(biāo)和自然目標(biāo)的紋理結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)和材料類型存在區(qū)別，使得反射光偏振特性不同，根據(jù)發(fā)射光偏振態(tài)的變化反演被探測目標(biāo)的特征。選擇海洋“光學(xué)窗口”0.52μm綠激光作為照明光源，減少環(huán)境光源影響。此外采用距離選通技術(shù)，使用脈沖激光和具有選通功能的ICCD，大大改善成像質(zhì)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)探測與識(shí)別目標(biāo)的能力。在ICCD前加上可以旋轉(zhuǎn)的偏振片，獲得不同偏振狀態(tài)的圖像，經(jīng)偏振差分處理得到圖像細(xì)節(jié)信息，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別。 創(chuàng)新點(diǎn)：（1）將激光偏振檢測技術(shù)用于水下，發(fā)展了一種新型水下目標(biāo)探測與識(shí)別技術(shù)，在軍事和民用上都具有重要價(jià)值；（2）利用波段為“水下窗口”的0.52μm綠激光作為照明光源，大大減少了環(huán)境光源影響，提高了系統(tǒng)的作用距離和探測精度；（3）利用距離選通技術(shù)及偏振差分圖像技術(shù)，大大減小了水后向散射的影響，提高了成像質(zhì)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)探測與識(shí)別目標(biāo)的能力；（4）利用材料偏振度圖的平均灰度值差異，實(shí)現(xiàn)對不同材料的識(shí)別。 技術(shù)關(guān)鍵：（1）水下偏振圖像的采集技術(shù)；（2）水下偏振圖像的處理技術(shù)；（3）激光距離選通技術(shù)；（4）水下偏振探測系統(tǒng)的水密性處理。 技術(shù)指標(biāo)：（1）水密性：系統(tǒng)在水下連續(xù)工作無滲水現(xiàn)象；（2）實(shí)時(shí)性：圖像采集與處理的時(shí)間小于2秒；（3）作用距離：不小于100米。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品科學(xué)性：激光經(jīng)人造物體反射后，成為部分偏振光或線偏振光,反射光的偏振特性蘊(yùn)含了目標(biāo)多種信息。利用人造目標(biāo)與自然物體表面特性的差異，得到不同偏振特性的反射激光，利用攝像機(jī)前置偏振鏡提取不同偏振度圖像，通過圖像處理分離出人造目標(biāo)。采取距離選通技術(shù)大大改善了水下激光成像質(zhì)量，提高了系統(tǒng)作用距離和探測與識(shí)別目標(biāo)能力。 作品先進(jìn)性：將近年發(fā)展起來的先進(jìn)遙感探測技術(shù)——偏振技術(shù)用于水下目標(biāo)的探測與識(shí)別，屬于非常前沿的研究課題。由于水下軍事目標(biāo)與自然背景的反射光的偏振特性不同，根據(jù)光波偏振態(tài)的變化可以反演被探測目標(biāo)的紋理結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)和材料類型等。偏振圖像可以表征一些強(qiáng)度測量很難表征的信息，在低照度條件下亦能有效識(shí)別，分辨率高，隱蔽性強(qiáng)。再利用圖像處理軟件對偏振圖像進(jìn)行處理，最后實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的識(shí)別。 該作品研究內(nèi)容包括水下激光傳輸、光學(xué)成像、數(shù)字圖像處理、防水設(shè)計(jì)、距離選通、同步控制、步進(jìn)電機(jī)控制等技術(shù)。基于激光偏振特性的探測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)等內(nèi)容所應(yīng)用的理論與技術(shù)都具有較強(qiáng)的前沿性和先進(jìn)性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- （1） 2009年4月獲學(xué)校第八屆“創(chuàng)新杯”競賽一等獎(jiǎng)。 （2） 2009年5月獲長沙市第六屆大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 目前正在與學(xué)校定向能技術(shù)研究所和學(xué)校光電工程系光電子教研室洽談。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品，現(xiàn)場演示 ，圖片 ，錄像 ，樣品。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本技術(shù)在軍事上具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的應(yīng)用價(jià)值。近期，能夠輔助聲納技術(shù)，有效探測與識(shí)別潛艇、水雷等軍事目標(biāo)。將來，有望成為一種高分辨率、高靈敏度、高效率的探測手段，實(shí)現(xiàn)超靜音潛艇的探測。 與傳統(tǒng)聲納技術(shù)相比，具有探測靈活、響應(yīng)迅速、更易識(shí)別目標(biāo)、隱蔽性好和探測精度高等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)被動(dòng)式水下目標(biāo)成像技術(shù)相比，采用“水下窗口”綠激光主動(dòng)照明，大大減小水下雜散光影響,增加對比度；將近年發(fā)展的距離選通技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)，大大減少水體散射的影響，更有利于目標(biāo)的探測與識(shí)別。 本項(xiàng)目及技術(shù)推廣到諸多民用方面，如水產(chǎn)養(yǎng)殖、水下考古、水下沉船考察、水中垃圾監(jiān)測、水下作業(yè)、水下丟失武器裝備的搜尋、犯罪物證搜索和涉水事故調(diào)查（公安、海關(guān)）、救助打撈、海洋生物觀察和相關(guān)科學(xué)研究等領(lǐng)域。應(yīng)用偏振信息在研究確定水中粒子尺度、化學(xué)組成以及總量方面有明顯的作用。 本技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用有望發(fā)展一種全新的水下目標(biāo)探測與識(shí)別技術(shù),對于提高我國水下兵器在復(fù)雜海洋環(huán)境下的作戰(zhàn)能力具有十分重要的意義。
同類課題研究水平概述
- 一般情況下，人眼對光的強(qiáng)度特征和波長特征比較敏感，而對于光的偏振特征是無法直接感知的。因此，在傳統(tǒng)的圖像處理、分析過程中采用的技術(shù)都是基于光的強(qiáng)度特征和波長特征所提供的信息，這使得圖像處理和分析算法很復(fù)雜,并且只能對圖像中目標(biāo)的輪廓、類別等作一些初步的分析，而對于圖像中目標(biāo)的一些本質(zhì)特征（如目標(biāo)的材料、目標(biāo)的細(xì)節(jié)等）難以作出正確的理解。因此,傳統(tǒng)的光學(xué)成像探測技術(shù)很難有效地檢測和辨別目標(biāo)的真?zhèn)巍? 偏振檢測技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新型遙感探測技術(shù)。眾所周知，地球表面和大氣中的任何目標(biāo)，在反射、散射和電磁輻射過程中，會(huì)產(chǎn)生由其自身特性決定的特征偏振。偏振成像可以增加目標(biāo)的信息量，在某種程度上能大大提高目標(biāo)探測和識(shí)別的準(zhǔn)確度，是其它探測手段無法替代的新型對地探測技術(shù)。經(jīng)查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外基本還處于實(shí)驗(yàn)室初步研究階段，實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)非常少，而且研究應(yīng)用的背景幾乎全部是地面與大氣環(huán)境。據(jù)我們所知，關(guān)于偏振檢測技術(shù)水中應(yīng)用研究的文獻(xiàn)非常少，屬于偏振檢測領(lǐng)域非常前沿的研究課題。由于光在水下的衰減很大，傳輸距離非常有限，因此其水下應(yīng)用受到了一定的限制。但是，隨著激光技術(shù)特別是“海洋窗口”藍(lán)綠激光技術(shù)的發(fā)展，激光水下的傳輸距離在不斷增加，基于激光偏振特性檢測的水下目標(biāo)探測與識(shí)別技術(shù)會(huì)得到越來越多的關(guān)注，必將稱為偏振檢測研究中的一個(gè)熱點(diǎn),同時(shí)具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
