基于三角法的水下目标探测系统设计与研究

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水下目标探测技术,是人类进行海洋探索的基础。随着海洋在经济和军事领域的地位越来越重,人们迫切希望使用更先进的手段进行海洋环境探测与资源开发。近年来,激光器和新型光电器件的发展,进一步增大了激光水下目标探测技术相对于传统的声、磁探测的优势。本论文研究的系统,目的在于保护海底设备免受碰撞,具有重要的技术意义和经济意义。  本论文首先介绍了激光三角法的基本原理,在此基础上推导出了水下环境中激光三角法的测距公式,分析了公式中各参数对系统探测能力的影响。设计了以线阵CCD和成像物镜为主的探测系统,介绍了系统的各个组成部分。  其次,论文针对系统采用的成像的探测方式,对涉及到图像处理领域中的边缘检测、自动增益、光斑细分定位等算法进行了研究。由于系统的非线性,实际应用中常采用标定曲线作为计算标准,因此,本论文还进行了标定算法的简单研究。  然后,考虑到系统要求和实际环境,选择了一组合适的参数,进行了原理样机的搭建。在空气中调节系统光路,对水下环境实验中采集的图像进行了分析,选择了适合本系统的图像处理算法并设计了系统探测流程图。  最后,系统在水下环境中进行了标定实验,处理标定实验中采集的图像后得到了线性标定曲线。考虑到线性标定的应用范围具有局限性,采用非线性拟合的方法对实验结果进行优化,得到了符合探测原理的非线性曲线。非线性曲线的误差最大为0.3m,满足了系统的0.5m精度要求。相比线性标定曲线,非线性标定曲线具有更大的探测范围,且能够应用于不同水质环境。
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