探索海洋的奥秘

姓名:张志彪            学号:16050120102

转载自https://wapbaike.baidu.com/item/

【嵌牛导读】整个地球上海洋的面积占地球面积的百分之七十，其面积远远超过陆地面积。一个人在世界上是渺小的，如陆地上的一粒沙，如海洋里的一滴水，但人类不甘于渺小，他们要凭借自己的力量了解陆地，海洋，甚至地球。人们运用自己的头脑来探索地球的奥秘。下面介绍一个探索海洋的用具----海底成像系统。

【嵌牛鼻子】测绘科技    光学系统    机械结构      机械密封

【嵌牛提问】海底成像系统的工作原理是什么？它的发展前景怎么样？有什么特点？

【嵌牛正文】海底成像系统是指在海底环境下，进行图像检测并将检测到的图像呈现出来的系统。海底成像系统系统主要有光学系统和机械结构系统组成。成像系统的主要设计思路主要是对体型、质量、品质的要求，实现成像系统的设计理念。使起达到轻便、小巧、设计严密等特点。

      上世纪四五十年代以来，国外水下激光成像技术的发展主要体现在改善了传统摄像机的透镜、彩色平衡滤光片、压力孔，此外，高分辨率摄像机的问世也大大改进了此项技术。在这一阶段当中，水下所拍摄的相片质量往往不高，因此，水的物理性质所造成的影响成为了水下激光成像的研究重点。

　　美国在水下激光成像系统的研究开始于几十年前，考虑到保密的因素，并没有相关报道，目前，国外已有多款型号的水下激光成像系统问世，主要应用于海下摄像和探测等方面。此类系统还可被布设在船只以及舰艇下面，用来捕捉水下的二维图像。当船只航行时，海底的二维图像就会由系统成现，水下激光成像和探测距离可达4个衰减长度，系统所成图像的清晰度和分辨率都很高。另外，有国外开发研制的具有快速旋转特性的棱镜控制激光技术系统，在军用潜艇上已有装配。

        最近几年，国内各研究部门也对水下成像技术提高重视。某大学正在研发一种选通型水下成像器件，主要运用于对水下目标的观测与研究，选择使用了国内某型号高性能激光增强设备，研制开发完成后，应该会对国内水下成像系统的应用水平起到一定的推动和指导。

        首先，选用比较狭窄的激光来发送并接受，在扫描装置与物体之间所在的区域进行扫描，这样可以将扫描空间进行分离。激光器不间断的发送连续的光源，达到扫描整个视场的目的。此时，光路回收器接受往返光束，并且也起到扫描的作用。其中，接收器只负责接受重叠部分所产生的往返光束，其余的光束都不接受，这样就形成了很大的视场角，使得光束的后向背景散射光束尽可能少的被接收器接受。随着光源发射角度的调整，往返光束的交角也随之变化，这样使得成像距离变得可控。水下激光成像系统原理图如图所示。

        在一定程度上，激光雷达原理与水下成像系统原理有类似之处。激光器发射脉冲光束，激光通过在水介质对水下目标进行图像采集，接收器接受反向光束后成像。在水介质中，光的能量杯削减，受到各种因素干扰后，严重的影响了成像系统的成像质量和探测距离。

        作为一个成像系统的绝对核心部件，CCD通过光电转化把我们所眼见大千世界转化成电信号，进而转换为能够输入微机的二进制数字信号。CCD(电荷藕合摄像器件)图像传感器具有较高的解析度，并且它具有较低的噪声产出，高敏感度以及体型小的特点是其适合各种系统的配备，动态广，重量轻等优点在航天成像方面也具有相当独特的优势特点，所以CCD光电藕合器件比较适合水下成像系统的特性。CCD器件基本工作原理与金属硅的特性以及电容的物理特质相关。光信号冲击在CCD面板上，在半导体器件中产生光电转化，然后通过脉冲驱动，产生电信号，随着各时序的驱动，从而产生了数字信息和图像信息。

        在空气环境中的密封系统与水下环境中的密封系统有很大的区别，水下环境恶劣，而且各项要求也非常严格。

①在水下环境中，对于整个系统的安全指标要求很高，最重要的就是要绝对防止水的进入，如果不慎有水进入，不但使整个系统瘫痪，甚至会导致系统各部件受损。

②由于水介质中的压力的存在，所以对整个系统的体型以及重量的要求会更加严格，只有体型足够小，重量足够轻的系统参数，才能满足水下环境的要求，所以系统对重量比的要求格外严格。

③因为整个系统是在水中，水介质中含有很多微生物，而且水的成分十分复杂，这样就要求密封材料要有很强的耐腐蚀性，而且系统内部也有金属器件，所以既要满足内部耐腐蚀环境也要满足外部水环境的要求。

④水下环境不同于空气中，水的压强过大，如果密封材料抗压能力不足，系统极容易损坏，由于工作深度的不同，材料要满足内部和外部的双重压力，所以要求较高。

对于防止水的渗入采取以下措施:

　　(1)对系统端面采取尽量严密的静密封。

　　(2)在水与系统接触的位置上布置O形密封圈，能够有效的达到密封效果。

　　(3)对于复杂的水下系统，可以假设一个密封箱作为分离海水的有效屏障。