探索海洋的奥秘

姓名:张志彪            学号:16050120102

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【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。

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