基于LED的水下目标高速摄像照明系统设计-论文.pdf

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1、第36卷第8期舰船科学技术Vo1．36．No．82014年8月SHIPSCIENCEANDTECHN0L0GYAug．，2014基于LED的水下目标高速摄像照明系统设计曹晓燕，谢仁富，张彦敏(武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430064)摘要：分析水下光学的性质和水下照明的特点，提出基于LED的水下目标高速摄像照明系统方案。对某典型水下高速摄像照明系统进行了详细设计。对不同照射距离及光源角度配置的LED阵列进行了光学计算及仿真讨论了仿真结果。进行了水下高速摄像照明系统试验并给出了试验结果。关键词：水下高速摄像；水下照明系统；光学仿真；系统设计中图分类号

2、：TN247文献标识码：A文章编号：1672—7649(2014)08—0ll8—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2014．08．023Designofhigh-speedphotographyLEDlightingsystemforunderwatertargetCAOXiao-yan，XIERen—fu，ZHANGYan—min(WuhanSecondShipDesignandResearchInstitute，Wuhan430064，China)Abstract：Thepaperanalyzesthecharacte

3、risticsofunderwateropticsandunderwaterlighting，thenahigh—speedphotographyLEDlightingsystemforunderwatertargetisputforward．ThedesignoftheLEDlightingsystemsystemisdiscussedindetail．LEDarrayofdifferentirradiationdistanceandangleoflightsourceconfigurationwerecalculatedandsimulated，t

4、heresultsarediscussed．Atlast，someunderwaterhigh—speedcameralightingsystemtestsarecarriedoutandtheresultarepresented．Keywords：underwaterhigh—speedphotography；underwaterlightingsystem；opticalsimulation；systemdesign0引言1水下光学及水下照明目前，高速摄像技术已发展到相当水平，摄像光在水下的传播性质与在空气中的传播性质不同，机的分辨率、灵敏度、信号

5、传输性能等都已有较大即使是经过过滤的最纯净的水，它对光的衰减也是很提高，高速摄像系统在航空航天科技、弹道轨迹研严重的，因此需要结合水下光学性质，进行合理的水究以及超高质量电影拍摄等领域获得了广泛的应用。下照明系统设计。水体的光学性质可分为两类：1)随着水下应用的拓展，高速摄像在水下爆炸、水下固有光学性质(IOP)，它仅与传输介质本身的物理特武器发射、水下尾流气泡试验研究等领域的应用也性有关；2)外显光学性质(AOP)，它决定于水体固有越来越广¨。光学性质和与介质周围光场相关的光学性质。照明技术是水下高速摄像中非常重要内容，这固有光学性质主要指水对光的散

6、射和吸收，散射是由于光在水中传输会受到水下诸多因素的影响使和吸收作用是光在水中传播的2个基本过程，它们造得水下自然光照条件很差，并且由于吸收和散射的成光的衰减。水中光散射是指光在水中传播时，受到影响使得水下传输距离非常有限。。高速摄像的介质微粒的作用，偏离原来直线传播的方向，它包括拍摄帧率很高，所以对照明的要求更高，因而，水水中的米氏散射、瑞利散射和透明物质的折射所引起下辅助照明系统就成了水下高速摄像系统必不可少的随机过程。吸收是光子能量转变为热能、化学能等的重要组成部分。引起的多种热力学不可逆过程。水对光的吸收在不同收稿日期：2013—07—24；修

7、回日期：2013—08—30作者简介：曹晓燕(1981一)，女，工程师，研究方向为电子与通信工程及舰船电子等。第8期曹晓燕，等：基于LED的水下目标高速摄像照明系统设计·119·的光谱区域是不同的，具有明显的选择性。水对光谱光束角、照明灯的总功率、照明灯的部署距离、照中的紫外和红外部分表现出强烈的吸收，在可见光谱明区域要求达到的照度。区段，吸收最大的分别是红色、黄色和淡绿光谱区域。3．1照明灯的部署距离纯净水和清的大洋水在光谱的蓝一绿区域透射比量大，照明灯与目标面的距离直接关系到照明的整体其中波长462～475nm的蓝光衰减最少，因此，在水下效果，由于

8、水体的散射和吸收，水下照明对照射距照明应用时应尽量选择蓝绿光作为水下照明。离十分敏感。灯具与目