Характеристики системы видения на волнах фотонной плотности при наблюдении подводных объектов через взволнованную поверхность

Исследовано влияние взволнованной поверхности на разрешающую способность систем видения, использующих для подсветки узкие модулированные пучки. Сформулированы соотношения, связывающие комплексные амплитуды волн фотонной плотности, распространяющихся через взволнованную границу и слой воды, с основными параметрами задачи. Эти соотношения учитывают конечную высоту волн и изменение длины траекторий фотонов при случайном преломлении лучей при вхождении в воду Введены усредненные по ансамблю реализаций поверхностного волнения оптическая передаточная функция взволнованной поверхности и функция рассеяния пучка. Исследованы зависимости этих функций от интегральных параметров волнения — дисперсии возвышений и дисперсии уклонов. Выполнены оценки вкладов поверхностного волнения и слоя воды в формирование оптических передаточных функций и в общий уровень сигнала от подводного объекта при его наблюдении с применением волн фотонной плотности. Показано, что в некотором диапазоне глубин, пространственных частот и частот модуляции пучка подсветки системы с применением волн фотонной плотности могут иметь преимущества перед системами со стационарной подсветкой.

1. Лучинин А.Г. Пространственный спектр узкого синусоидально модулированного пучка света в анизотропно рассеивающей среде // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1974. Т. 10, № 12. С. 1312–1317.

2. Ремизович В.С., Рогозкин Д.Б., Рязанов М.И. Распространение узкого модулированного пучка света в рассеивающей среде с учетом флуктуаций путей фотонов при многократном рассеянии // Известия вузов. Радиофизика. 1982. Т. 25, № 8. С. 891–898.

3. Luchinin A.G., Kirillin M. Yu. Temporal and frequency characteristics of a narrow light beam in sea water // Applied Optics. 2016. Vol. 55, N 27. P. 7756–7762. doi:10.1364/AO.55.007756

4. Лучинин А.Г., Кириллин М.Ю. Структура модулированного узкого пучка света в морской воде: моделирование методом Монте-Карло // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53, № 2. С. 275–284. doi:10.7868/S0002351517020080

5. Гордеев Л.Б., Лучинин А.Г., Щегольков Ю.Б. Экспериментальные исследования структуры узкого синусоидально модулированного пучка света в модельной анизотропно рассеивающей среде // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 11, № 1 С. 86–89.

6. Mullen L., Laux A., Concannon B., Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S. Amplitude-modulated laser imager // Applied Optics. 2004. Vol. 43, N 19. 3874–3892. doi:10.1364/ao.43.003874

7. Мулламаа Ю.-А.Р. Влияние взволнованной поверхности на видимость подводных объектов // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 11, № 2. С. 199–205.

8. Лучинин А.Г. Некоторые закономерности формирования изображения шельфа при его наблюдении через взволнованную поверхность моря // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1981. Т. 17, № 7. С. 732–736.

9. Долин Л.С., Левин И.М. Справочник по теории подводного видения. Л. Гидрометеоиздат, 1991. 230 c.

10. Dolin L., Gilbert G., Levin I., Luchinin A. Theory of imaging through wavy sea surface. N. Novgorod: Institute of Applied Physics, 2006. 180 p.

11. Левин И.М. О наблюдении объектов, освещенных узким световым пучком, в рассеивающей среде // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1969. Т. 5, № 1. С. 62–76.

12. Браво-Животовский Д.М., Долин Л.С., Лучинин А.Г., Савельев В.А. Некоторые вопросы теории видения в мутных средах // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1969. Т. 5, № 7. С. 672–684.

13. Вебер В.Л., Лучинин А.Г. Влияние корреляционных эффектов на характеристики изображения дна водоема, наблюдаемого через взволнованную поверхность // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37, № 2. С. 257–264.

14. Walker R.E. Marine Light Field Statistics. John Wiley&Sons, INC. 1994. 675 p.

15. Luchinin A.G., Kirillin M. Yu. Nonstationary optical transfer functions of underwater imaging systems // Applied Optics. 2017. Vol. 56, N 27. P. 7518–7524. doi:10.1364/AO.56.007518

16. Dolin L.S., Luchinin A.G. Water-scattered signal to compensate for the rough sea surface effect on bottom lidar imaging // Applied Optics. 2008. Vol. 47, N36. P. 6871–6878. doi:10.1364/ao.47.006871

17. Лучинин А.Г., Долин Л.С. Модель системы подводного видения со сложно модулированным пучком подсветки // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 4. С. 468–476. doi:10.7868/S0002351514040099