hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-1052Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ГИДРОФИЗИКАTECHNICAL HYDROPHYSICSО системах подводного видения со сложно модулированными пучками подсветкиOn Underwater Imaging Systems with Complex Modulated Beams of IlluminationЛучининА. Г.LuchininA. G.

Нижний Новгород 

luch@hydro.appl.sci-nnov.ruИнститут прикладной физики РАНRussian Federation20122811202254517Copyright © Лучинин А.Г., 20222022Лучинин А.Г.Luchinin A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1052

Обсуждается схема построения систем видения, использующих сложно модулированный пучок подсветки и обработку принятого эхо-сигнала, предусматривающую выделение модулированной составляющей и ее согласованную фильтрацию. Построена приближенная модель сигнала, учитывающая влияние поверхностного волнения и многократного рассеяния в воде. Оценены предельные величины продольного и поперечного разрешения системы, определяемые случайным преломлением на поверхности и рассеянием в воде. Оценены характеристики систем видения с предельно высокой частотой модуляции пучка подсветки.

 

A scheme of construction of imaging systems based on a complex modulated illuminating beam and the received echo signal processing is proposed, which involves the extraction of the modulated component and its matched filtering is discussed. The approached model of a signal taking into account the effect of surface waves and multiple scattering in water is constructed. The system limiting longitudinal and transverse resolutions determined by random light refraction on the surface and scattering in water are estimated. Characteristics of imaging systems with extremely high frequency of beam modulation are estimated.

системы подводного видениямодулированные пучки светадисперсия волн модуляциисжатие сложного сигналаслучайное преломлениевзволнованная поверхностьunderwater imagingmodulated beams of lightdispersion of modulation wavescompression of complex signalrandom refractionwavy surface hydrodynamically roughАвтор благодарен Л.С.Долину и И.М.Левину за полезные обсуждения и советы. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 11-05-00384 и 11-05-97045), а также Министерства образования и науки РФ (договор 11.G34.31.0048).ReferencesБраво-Животовский Д.М., Долин Л.С., Лучинин А. Г., Савельев В.А. Некоторые вопросы видения в мутных средах // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1969. Т.5, № 7. С.672–684.Браво-Животовский Д.М., Долин Л.С., Лучинин А. Г., Савельев В.А. Некоторые вопросы видения в мутных средах // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1969. Т.5, № 7. С.672–684.Mertence L., Replogle F. Use of point spread and beam spread functions for analysis of imaging systems in water // J. Opt. Soc. Am. 1977. V.67. P.1105–1117.Mertence L., Replogle F. Use of point spread and beam spread functions for analysis of imaging systems in water // J. Opt. Soc. Am. 1977. V.67. P.1105–1117.Долин Л.С., Левин И.М. Справочник по теории подводного видения. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 230 с.Долин Л.С., Левин И.М. Справочник по теории подводного видения. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 230 с.Dolin L.S., Levin I.M. Optics, underwater // Encyclopedia of Applied Physics. 1995. New York: VCH Publ. V.12. P.571–601.Dolin L.S., Levin I.M. Optics, underwater // Encyclopedia of Applied Physics. 1995. New York: VCH Publ. V.12. P.571–601.Dolin L.S., Levin I.M. Underwater optics // Eds Th.G.Brown et al. The Optics Encyclopedia. 2004. Weinheim: Wiley-VCH Publ. V.5. P.3237–3271.Dolin L.S., Levin I.M. Underwater optics // Eds Th.G.Brown et al. The Optics Encyclopedia. 2004. Weinheim: Wiley-VCH Publ. V.5. P.3237–3271.Лучинин А.Г., Савельев В.А. О распространении синусоидально модулированного светового пучка в рассеивающей среде // Изв. вузов. Радиофизика. 1969. Т.12, № 2. С.256–262.Лучинин А.Г., Савельев В.А. О распространении синусоидально модулированного светового пучка в рассеивающей среде // Изв. вузов. Радиофизика. 1969. Т.12, № 2. С.256–262.Лучинин А.Г., Савельев В.А. Асимптотика синусоидально модулированного излучения в изотропно рассеивающей среде // Изв. вузов. Радиофизика. 1970. Т.13. № 12. С.1789–1793.Лучинин А.Г., Савельев В.А. Асимптотика синусоидально модулированного излучения в изотропно рассеивающей среде // Изв. вузов. Радиофизика. 1970. Т.13. № 12. С.1789–1793.Кацев И.Л. О глубинном режиме при распространении в мутной среде синусоидально модулированного пучка света // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1971. Т.8, № 2. С.212–216.Кацев И.Л. О глубинном режиме при распространении в мутной среде синусоидально модулированного пучка света // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1971. Т.8, № 2. С.212–216.Лучинин А.Г. О пространственной структуре синусоидально модулированного пучка света в среде с сильноанизотропным рассеянием // Изв. вузов. Радиофизика. 1971. Т.14, № 12. С.1925–1927.Лучинин А.Г. О пространственной структуре синусоидально модулированного пучка света в среде с сильноанизотропным рассеянием // Изв. вузов. Радиофизика. 1971. Т.14, № 12. С.1925–1927.Лучинин А.Г. Пространственный спектр узкого синусоидально модулированного пучка света в анизотропно рассеивающей среде // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1974. Т.10, № 12 С.1312– 1317.Лучинин А.Г. Пространственный спектр узкого синусоидально модулированного пучка света в анизотропно рассеивающей среде // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1974. Т.10, № 12 С.1312– 1317.Гордеев Л.Б., Лучинин А.Г., Щегольков Ю.Б. Экспериментальные исследования структуры узкого синусоидально модулированного пучка света в модельной анизотропно рассеивающей среде // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т.11, № 1 С.86–89.Гордеев Л.Б., Лучинин А.Г., Щегольков Ю.Б. Экспериментальные исследования структуры узкого синусоидально модулированного пучка света в модельной анизотропно рассеивающей среде // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т.11, № 1 С.86–89.Mullen L., Laux A., Concannon B., Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S. Amplitude-Modulated Laser Imager // Applied Optics. 2004. V.43. P.3874–3892.Mullen L., Laux A., Concannon B., Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S. Amplitude-Modulated Laser Imager // Applied Optics. 2004. V.43. P.3874–3892.Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S., Mullen L.J. Simulating the performance of in-water modulated vision systems with estimation of the image quality characteristics // Proc. of the Intern. Conf. on Current Problems in Optics of Natural Waters (ONW’2005). SPb. D.S.Rozhdestvensky Optical Society. 2005. P.312–320.Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S., Mullen L.J. Simulating the performance of in-water modulated vision systems with estimation of the image quality characteristics // Proc. of the Intern. Conf. on Current Problems in Optics of Natural Waters (ONW’2005). SPb. D.S.Rozhdestvensky Optical Society. 2005. P.312–320.Mullen L., Laux A., Concannon B., Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S. Demodulation techniques for the amplitude modulated laser imager // Applied Optics. 2007. V.46. P.7374–7383.Mullen L., Laux A., Concannon B., Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S. Demodulation techniques for the amplitude modulated laser imager // Applied Optics. 2007. V.46. P.7374–7383.Лучинин А.Г. Теория подводного лидара со сложно модулированным пучком подсветки // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т.47. В печати.Лучинин А.Г. Теория подводного лидара со сложно модулированным пучком подсветки // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т.47. В печати.Luchinin A.G. Conception of oceanlogic lidar with maximal 3D resolution // Proc. of the Intern. Conf. on Current Problems in Optics of Natural Waters (ONW’2011). D.S.Rozhdestvensky Optical Society. 2011. P.37–43.Luchinin A.G. Conception of oceanlogic lidar with maximal 3D resolution // Proc. of the Intern. Conf. on Current Problems in Optics of Natural Waters (ONW’2011). D.S.Rozhdestvensky Optical Society. 2011. P.37–43.Лучинин А.Г., Долин Л.С. Влияние волнения на предельное разрешение авиационных океанологических лидаров // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т.44, № 5. С.710–720.Лучинин А.Г., Долин Л.С. Влияние волнения на предельное разрешение авиационных океанологических лидаров // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т.44, № 5. С.710–720.Luchinin A.G. Light pulse propagation along the path: atmosphere – rough surface – sea water // Applied Optics. 2010. V.49. P.5059–5066.Luchinin A.G. Light pulse propagation along the path: atmosphere – rough surface – sea water // Applied Optics. 2010. V.49. P.5059–5066.Долин Л.С. Решение уравнения переноса излучения в малоугловом приближении для стратифицированной мутной среды с учетом разброса фотонов по путям пробега // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1980. Т.16, № 1. С.55–64.Долин Л.С. Решение уравнения переноса излучения в малоугловом приближении для стратифицированной мутной среды с учетом разброса фотонов по путям пробега // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1980. Т.16, № 1. С.55–64.Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 685 с.Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 685 с.Лучинин А.Г. Влияние ветрового волнения на характеристики светового поля, обратно рассеянного дном и толщей воды // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т.15, № 7. С.770–775.Лучинин А.Г. Влияние ветрового волнения на характеристики светового поля, обратно рассеянного дном и толщей воды // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т.15, № 7. С.770–775.Вебер В.Л., Сергиевская И.А. Интегральные характеристики эхо-сигнала при аэрокосмическом зондировании толщи моря через взволнованную поверхность // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т.29, № 3. С.414–420.Вебер В.Л., Сергиевская И.А. Интегральные характеристики эхо-сигнала при аэрокосмическом зондировании толщи моря через взволнованную поверхность // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. Т.29, № 3. С.414–420.Бункин А.Ф., Власов Д.В., Миркамилов Д.М. Физические основы лазерного аэрозондирования поверхности земли. Ташкент: Фан, 1987. 272 с.Бункин А.Ф., Власов Д.В., Миркамилов Д.М. Физические основы лазерного аэрозондирования поверхности земли. Ташкент: Фан, 1987. 272 с.Walker R.E. Marine light field statistics. New York: Wiley, 1994. 675 p.Walker R.E. Marine light field statistics. New York: Wiley, 1994. 675 p.Dolin L.S., Luchinin A.G. Water-scattered signal to compensate for the rough sea surface effect on bottom lidar imaging // Applied Optics. 2008. V.47, N 36. P.6871–6878.Dolin L.S., Luchinin A.G. Water-scattered signal to compensate for the rough sea surface effect on bottom lidar imaging // Applied Optics. 2008. V.47, N 36. P.6871–6878.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.