基于Monte Carlo方法的水下探测研究

摘要

近年来随着海洋科学的发展，水下探测已成为了研究热点之一。关联成像因其独特的成像方式，而成为了近年来水下探测研究热门的成像方式。
　　关联成像又称为鬼成像，是最近几年逐渐发展起来的一种新型的成像技术。它是利用光场的二阶或高阶信息进行关联运算而得出探测目标图像，可忽略光场的偏振和相位信息。特别是，在光强较弱的情况下，只需使用没有空间分辨能力的桶探测器，就可以通过目标物体的信号强度涨落情况来得到目标物体的信息。
　　本文将强度关联成像技术应用到水下探测的研究中，论文主要完成了以下工作:
　　1、对于关联成像的速度和采样数据量问题进行了研究，采用Hadamard矩阵来作为调制方案，大大减少了采样数据量;将高速投影仪与高速信号采集系统应用于关联成像，高速投影仪的应用大大的提高了光学调制速率，大幅度提高了关联成像速度，优化了关联成像方案。搭建了高速关联成像实验系统。
　　2、采用Monte Carlo Simulation模拟算法，对于光信号在水下的传输特性进行了研究。在该算法中加入了海水光学特征，得到光子在水下传输模型，探究了光子在水下传输时散射光与回波信号的规律特征，并采用距离选通技术，使得所收集的回波信号的图像信噪比得以大幅提升。
　　3、进行了水下关联成像的仿真实验。根据关联成像实验原理，结合前人给出的光学在水下传输时的传输模型，将距离选通技术运用到进到程序中，成功地提高了水下成像距离，同时大大提高了信噪比。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1、课题研究背景及其意义

1．2、水下探测的国内外现状

1．3、本文主要研究内容

2 关联成像基本理论与水下光学传输模型

2．1 关联成像的发展

2．1．1、光学相干理论

2．1．2、二阶相干理论

2．2、关联成像实验理论

2．3、计算关联成像

2．4 蒙特卡罗模拟

2．4．1、蒙特卡罗模拟方法介绍

2．4．2、水下传输模型构造

2．5 水下光学传输函数模型建立

2．5．1、吸收作用

2．5．2、散射作用

2．5．3、水下光学传输模型的建立

2．6、本章小结

3 高速计算关联成像实验系统的建立

3．1、空间调制器

3．2、数据采集系统

3．3、控制软件

3．4、高效调制方案和重建方案

3．4．1、Hadamard差分投影

3．4．2、随机化Hadamard矩阵

3．5、实验系统的集成化

3．6、本章小结

4 基于关联成像的初步水下探测研究

4．1、浑水散射效应对成像分辨率和清晰度的影响

4．2、水体吸收和散射下的直接成像模拟实验

4．3、距离选通技术下的水下关联探测

4．4、本章小结

5．1、论文总结

5．2、下一步工作

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集