21世纪是海洋的世界,各个国家都对海洋资源的探测与开发展开了深入的研究,各个领域中的海洋探测技术的的发展都得到了很大的促进。以水下探测技术为例,可分为声学探测技术和光学探测技术。由于人眼的视觉效应,水下光学探测技术获取的影像更能够符合人眼的直观感受,因此展开水下光学成像的研究对于人类认识水下世界、开发海洋资源将发挥很重要的推动作用。本文针对海洋光学探测水下成像领域近些年的进展,通过对水介质的光学特性的研究与分析,根据照度学的相关理论基础,将纯粹光度学度量概念(如光强度、光通量等)引入到在水下光学研究中,使水下光场能量的分布能够很好地使用数学解析的方式进行描述。对水下视觉系统中常用的衰减距离、体积散射函数、水质透明度等概念进行了微观和宏观上的分析,同时确立了实验室环境下的有效的水质透明度的测量手段。在能量层面上和水下图像衬度传输层面上展开了对水下视觉系统的成像条件的研究,提出了一套基于视觉阈值的水下辅助照明视觉系统的成像有效性的评估标准。标准中指出水下辅助照明视觉系统的成效有效性不仅依赖于照明光源的强度,而且还依赖于光源、接收器CCD、目标物的几何配置属性,这些参数都最终影响着水下目标物的最大成像距离和成像质量。因此我们依照此套“评估标准”展开了水下大尺度光场的研究与设计工作,其大尺度的概念主要体现在成像距离大和视野景深足这两方面。在这一步的工作中完成了可用于2倍透明度距离目标物观测的水下双凸透镜密集集束光源(BILC)的设计与加工,通过光强测量等实验手段,验证了其光学参数符合设计标准。同时通过使用双凸透镜密集集束光源(BILC)和菲涅尔透镜集束光源(FNLC)以光源矩阵的方式使系统达到2倍透明度可视距离的同时,克服视野轴线上近距离景深不足的问题。
