一种收发同轴的水下同步扫描成像系统及方法

技术特征：
1.一种收发同轴的水下同步扫描成像系统，其特征在于：包括脉冲激光器(1)、小孔反射镜(3)、转镜(4)、耐压罩(5)、接收成像物镜(7)和狭缝探测器(8)；所述转镜(4)为正棱柱多平面反射镜，包括k组反射平面，其中k为大于等于3的整数；所述耐压罩(5)为耐压透光窗口；所述小孔反射镜(3)和转镜(4)依次设置在脉冲激光器(1)的出射光路中，且转镜(4)的旋转轴与脉冲激光器(1)光轴相垂直；小孔反射镜(3)的反射面朝向转镜(4)；所述耐压罩(5)的球心位于转镜(4)的某一反射平面中心，所述某一反射平面为转镜(4)转动过程中，与小孔反射镜(3)平行且靠近小孔反射镜(3)的反射平面；所述接收成像物镜(7)和狭缝探测器(8)依次位于小孔反射镜(3)的反射光路中；转镜(4)以设定频率转动，脉冲激光器(1)发射脉冲激光，光束通过小孔反射镜(3)的小孔后照射至转镜(4)的反射平面，被反射后的光束通过耐压罩(5)照向水中目标(6)；被目标(6)表面漫反射后返回至耐压罩(5)，后到达转镜(4)同一反射平面，被该反射平面反射后到达小孔反射镜(3)，被小孔反射镜(3)反射后经接收成像物镜(7)汇聚成像于狭缝探测器(8)，完成扫描成像。2.根据权利要求1所述的收发同轴的水下同步扫描成像系统，其特征在于：还包括整形系统(2)，所述整形系统(2)位于脉冲激光器(1)的出射光路中且设置在脉冲激光器(1)和小孔反射镜(3)之间，用于将脉冲激光器(1)发射的脉冲激光整形为线状光束。3.根据权利要求2所述的收发同轴的水下同步扫描成像系统，其特征在于：所述小孔反射镜(3)与脉冲激光器(1)光轴呈45
°
斜角安装，小孔反射镜(3)的小孔大小需保证脉冲激光器(1)出射光束无遮挡通过。4.根据权利要求3所述的收发同轴的水下同步扫描成像系统，其特征在于：所述小孔反射镜(3)的反射面镀有高反射膜；所述耐压罩(5)为半球形耐压透光窗口；所述耐压罩(5)的材质为玻璃。5.根据权利要求4所述的收发同轴的水下同步扫描成像系统，其特征在于：所述接收成像物镜(7)由多片球面镜片组成；所述接收成像物镜(7)的焦距f
´
由扫描垂直方向最大成像角度w和狭缝探测器(8)狭缝长度y共同决定：f
´
=y/(2*tanw)。6.根据权利要求5所述的收发同轴的水下同步扫描成像系统，其特征在于：所述狭缝探测器(8)为条纹相机或像增强器。7.根据权利要求6所述的收发同轴的水下同步扫描成像系统，其特征在于：所述整形系统(2)为1个或多个柱透镜；所述整形系统(2)光轴与脉冲激光器(1)光轴重合。8.一种基于权利要求1-7任一所述收发同轴的水下同步扫描成像系统的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、参数设定；根据扫描角度确定转镜(4)的反射平面数；根据帧频和转镜(4)的反射平面数k计算转镜(4)的旋转速度；根据每帧扫描点数或线数、转镜(4)的反射平面数k和帧频计算脉冲激光器(1)的重
复频率；步骤2、控制反射平面数为k的转镜(4)以设定旋转速度转动，脉冲激光器(1)以重复频率发射脉冲激光；光束通过小孔反射镜(3)的小孔后照射至转镜(4)的反射平面，被反射后的光束通过耐压罩(5)照向水中目标(6)；被目标(6)表面漫反射后返回至耐压罩(5)，后到达转镜(4)同一反射平面，被该反射平面反射后到达小孔反射镜(3)，被反射后经接收成像物镜(7)汇聚成像于狭缝探测器(8)，完成扫描成像。9.根据权利要求8所述收发同轴的水下同步扫描成像系统的成像方法，其特征在于：步骤2中利用整形系统(2)将脉冲激光器(1)发射的脉冲激光整形为线状光束，线状光束通过小孔反射镜(3)的小孔后照射至转镜(4)的反射平面，被反射后的光束通过耐压罩(5)照向水中目标(6)，在目标(6)表面形成一条扫描线。10.根据权利要求9所述收发同轴的水下同步扫描成像系统的成像方法，其特征在于：步骤1中，基于下式根据扫描角度确定转镜(4)的反射平面数k：；基于下式根据帧频和转镜(4)的反射平面数k计算转镜(4)的旋转速度：；基于下式根据每帧扫描点数或线数、转镜(4)的反射平面数k和帧频计算脉冲激光器(1)的重复频率：；其中，为转镜(4)中每个反射平面的实际可用扫描角度。

技术总结
本发明属于光学成像领域，具体涉及一种收发同轴的水下同步扫描成像系统及方法。克服现有水下同步扫描技术存在的景深小、盲区大及耐压差等问题，系统包括脉冲激光器、小孔反射镜、转镜、耐压罩、接收成像物镜和狭缝探测器；工作时，转镜以设定频率转动，脉冲激光器发射脉冲激光，光束通过小孔反射镜的小孔后照射至转镜的反射平面，被反射后的光束通过耐压罩照向水中目标；被目标表面漫反射后返回至耐压罩，后到达转镜同一反射平面，被该反射平面反射后到达小孔反射镜，被反射后经接收成像物镜汇聚成像于狭缝探测器，完成扫描成像。利用小孔反射和转镜旋转实现水下同轴同步扫描，具有无盲区或小盲区的优势。或小盲区的优势。或小盲区的优势。


技术研发人员：封斐 刘博 吴国俊 杨钰城
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2022.11.01
技术公布日：2022/11/29