距离选通水下激光三维成像仪

距离选通水下激光三维成像技术以其分辨能力高、能直观快速地传递目标与景物的三维信息等优点，该技术可以实现对水下目标的准确测距、定位、成像和自动识别，且在近、浅海海域比声纳探测有优势，在军事侦查、搜救、监视、水下勘测成像等领域具有广阔的应用前景。

在激光距离选通成像系统中，采用ICMOS相机，可通过对ICMOS相机选通门开启延时时间的控制来控制成像的目标距离，通过控制选通门时间来控制成像的景深范围，从而达到避免后向散射、增大作用距离、提高成像质量的目的。其工作原理时：激光器向目标发射很强的窄脉冲，同时给出一路同步触发信号，通过调节同步电路的延迟时间t₁输出两路信号，一路是宽度可调的脉冲信号t₂给到ICCD/ICMOS内部3ns门控电路，然后门控电路输出高压脉冲触发像增强器开始工作。另一路给到ICCD/CMOS相机，触发相机拍照。如下图：

延迟时间t₁是确保脉冲光源产生的返回光到达像增强器光阴极面的时刻和像增强器开启的时刻是同一时刻，这样从物理层面最大程度阻止环境光的干扰；可调脉冲信号t₂是确保返回光停止照射时刻和像增强器停止工作的时刻是同一时刻。时间精度可达到ps量级。可调通过调节CMOS相机的曝光时间t₃以及累加帧数来获取清晰图像。

门控距离选通3D成像工作原理示意图

2018年美国海军实验室海底水下勘测门控选通激光雷达3D成像

距离选通激光成像技术是一种主动成像技术，能够有效抑制复杂成像环境中的光散射效应以及背景光噪声对成像结果的不良影响。该技术的这一特性使得其成为目前是应用于水下成像的重要手段之一。水下成像过程中的散射效应主要分为前向散射与后向散射，对成像影响较大的后向散射是由于水体中的悬浮颗粒以及浮游生物反射光脉冲进入成像系统引发的，而悬浮颗粒以及浮游生物反射的光信号对于针对目标的成像而言属于噪声光信号，最终导致成像清晰度降低。而距离选通这一特殊的成像过程，使得距离选通能够有效的抑制散射效应。同时由于选通门的门宽处于纳秒级甚至与皮秒级，因此一般环境中背景光在CCD/CMOS相机上的最终的积分光能相对于激光脉冲的回波而言非常的小，环境中的背景光在距离选通激光成像过程中可得到有效的抑制。