基于 SOC710高光谱成像仪的水下目标探测研究

本文以 SOC710 高光谱数据为实例，实现了一种以激光为照明源探测水下目标的高光谱成像系统，用于水下目标的识别与分析。自然水体环境往往十分复杂，溶解着各种生物或物理上的杂质，这些杂质对光的散射以及水体本身对光的吸收，在光学成像时会产生严重的光噪声，导致目标轮廓线模糊，这些情况使得水下目标探测极具挑战性。本文通过高光谱水下目标成像系统，研究了激光波长、水浊度、目标表面形状和颜色对目标探测的影响情况，在不同消光情况的模拟水体环境中，实现了不同颜色、不同形状的虚拟目标检测与区分。这项工作有助于改进未来机载激光照明水下目标探测的系统设计，以期在不同水深和水体环境下跟踪隐身潜艇。

图1  纯水的光吸收（左）和散射（右）

图2  波长与水体浊度的衰减关系

 图3 可见光在海洋中穿透深度的比较  

图4  两种常见荧光珊瑚的发射及激发光谱，

（a）菌体珊瑚(λmax = 486 nm)，（b）拉马克珊瑚(λmax = 515 nm)

图5  实验装置模拟图

表1  激光器参数

图6 对水下目标进行光照检测的实验装置

图7 不同探测角度下的水下虚拟目标（a-c）90°（d-f）75°（g-i）65°

图8 不同探测角度下虚拟目标的高光谱图像 （a-c）90°（d-f）75°（g-i）65°

图9 海水中两种常见荧光颜料的发射光谱(a)和激发光谱(b)

结论：

SOC710 是一款具有内置平移推扫装置及双 CCD 探测器的高光谱成像光谱仪，集成度高，易于操作；轻巧便携，总重量仅 2.95 kg ，可直接安装在多种支架上进行野外、实验室或显微测量，快速获取 400~1000 nm 范围内的高光谱图像数据。

本文通过将常见的三种海军伪装目标物按比例缩小，用带有光纤终端的显微物镜对虚拟目标进行照明，以此来模拟深水和浅水水下对敌方目标的侦查。结果显示水下目标的高光谱图像具有良好的分辨率，水下目标的形状清晰可辨。结合 SOC710 的高光谱数据分析功能，还可以进一步分析水下目标的成分、颜色等信息。本文研究为未来实现基于高光谱成像技术的水下目标探测系统提供了借鉴意义。