一種虛擬潛望鏡及其生產方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及觀察設備技術領域，具體涉及一種從水下對水上目標物進行觀察的虛擬潛望鏡及其生產方法與應用。
【背景技術】
[0002]虛擬潛望鏡是水下運載平臺(如潛艇、UUV、AUV、R0V、潛水裝具等)對水面、空中目標物進行觀察的主要設備。虛擬潛望鏡在水下使用，其一般包括鏡頭、感光元件和顯示元件，水上目標物發出的光線經過水的折射后，經過鏡頭，在感光元件上成像，并通過顯示元件輸出，從而供人們在水下對水上目標物進行觀察。然而在實際應用中，現有技術中的虛擬潛望鏡清晰度較差，本領域的技術人員曾進行多次技術攻關，均未找到良好的解決辦法。
[0003]目前，在虛擬潛望鏡技術領域，提高成像質量是核心技術問題。發明人經過長時間的反復研究發現，大氣中的光線(包括水上目標物發出的)從水面入射后，一部分能夠直接穿透水層，經鏡頭后在感光元件上成像，通過顯示元件輸出；另一部分則會在水分子的作用下散射，散射后的這部分光線經鏡頭后也會在感光元件上成像，并通過顯示元件輸出，然而這部分散射后的光線并沒有攜帶水上目標物的信息，也就是說，這部分散射的光線在感光元件上所成的像并不反應水上目標物形態信息，因而對虛擬潛望鏡的對比度造成了損害，并直接導致了虛擬潛望鏡清晰度差的缺陷。

【發明內容】

[0004]因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的虛擬潛望鏡成像清晰度差的技術缺陷，從而提供一種成像清晰度好的虛擬潛望鏡。
[0005]本發明還提供一種上述虛擬潛望鏡的生產方法。
[0006]為此，本發明提供一種虛擬潛望鏡，包括:
[0007]鏡頭，適于設置在水下，用于接收來自水上目標物的光線，并將所述水上目標物成像在感光元件上；
[0008]感光元件，用于將像信號轉化為電信號，并輸入至顯示元件；
[0009]顯示元件，用于將所述電信號轉化成圖像輸出；
[0010]還包括光過濾件，設置在所述鏡頭和所述感光元件之間，用于將穿過所述鏡頭、卻不反映所述水上目標物形態信息的干擾光線過濾去除；
[0011]所述干擾光線為自空中經海面折射進入水中的光線被海水分子散射而產生的散射光線。
[0012]作為一種優選方案，所述光過濾件為偏振片，設置在所述鏡頭的焦平面上，所述偏振片具有中心，且所述偏振片至少具有一部分，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行;并且，所述偏振片的穿過所述中心的中心法線與所述鏡頭的光軸重入口 O
[0013]作為一種優選方案，所述偏振片的全部，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行。
[0014]作為一種優選方案，所述偏振片由以所述中心為頂點的若干個扇形子偏振片組合形成，且所述扇形子偏振片的偏振化方向與其圓心角的角平分線方向平行。
[0015]作為一種優選方案，所述偏振片由至少4個所述扇形子偏振片組合形成，且任意兩個所述扇形子偏振片的圓心角角度相同。
[0016]作為一種優選方案，還包括用于驅動所述偏振片繞所述中心法線旋轉的轉動結構。
[0017]作為一種優選方案，所述轉動結構驅動所述偏振片轉動的角速度大于40轉/秒。
[0018]本發明還提供一種如上所述的虛擬潛望鏡的生產方法，包括在所述鏡頭和所述感光元件之間設置所述光過濾件的步驟。
[0019]本發明還提供一種如上所述的虛擬潛望鏡在水下運載平臺上的應用。
[0020]所述水下運載平臺包括:潛艇、UUV(Unmanned Underwater Vehicle，無人水下航行器)、AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主式水下航行器)、R0V(Remote OperatedVehicle，遙控航行器)、潛水裝具。
[0021 ]本發明提供的虛擬潛望鏡及其生產方法與應用，具有以下優點:
[0022]1.本發明的虛擬潛望鏡，在鏡頭和感光元件之間增加了光過濾件，用于將穿過鏡頭、卻不反映水上目標物形態信息的干擾光線過濾去除，這部分干擾光線是指自空中經海面折射進入水中的光線被海水分子散射而產生的散射光線；由于這部分散射光線是對虛擬潛望鏡對比度產生損害的光線，因而采用上述光過濾件將其過濾去除后，能夠降低或消除上述損害，提高成像對比度，進而提高虛擬潛望鏡的成像質量。
[0023]2.本發明的虛擬潛望鏡，采用偏振片作為光過濾件，將其設置在鏡頭的焦平面上，設置偏振片至少具有一部分，其上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行;并且，偏振片的穿過上述中心的中心法線與鏡頭的光軸重合；
[0024]根據瑞利散射理論，分子散射后所形成的散射光屬于部分偏振光，而這部分散射光具有垂直于入射光線與散射光線所形成平面的第一振動方向，和平行于該平面的第二振動方向，且第一振動方向占優勢；
[0025]將鏡頭正對入射光線，使中心法線、鏡頭的光軸和入射光線重合，則上述偏振片的一部分，其偏振化方向與上述第一振動方向垂直，從而能夠阻止該部分散射光線穿過，進而阻止其在感光元件上成像，從而提高成像質量；
[0026]根據海洋中輻射傳輸理論，自空中經海面折射進入水中的光線，在深度大于一定數值時(如40m)，沿豎直方向向下傳播的光線占據優勢，因而當將鏡頭水平放置，使豎直向下傳播的光線垂直穿過鏡頭時，能夠最大程度過濾干擾光線(由豎直向下傳播的光線發生分子散射所產生的散射光線)，提高成像質量。
[0027]將偏振片設置在鏡頭的焦平面上，可以將具有相同性質的平行光聚集在偏振片上的同一點，進而集中過濾去除干擾光，進一步提高成像質量。
[0028]3.本發明的虛擬潛望鏡，整個偏振片上任意一點的偏振化方向與該點與所述中心的連線方向平行，這樣的偏振片能夠最大程度過濾干擾光線，因而對于提高成像對比度，提高虛擬潛望鏡的成像質量效果最好。
[0029]4.本發明的虛擬潛望鏡，偏振片由以中心為頂點的若干個扇形子偏振片組合形成，且扇形子偏振片的偏振化方向與其圓心角的角平分線方向平行，這樣的設置，能夠在盡量使偏振片的偏振化方向與干擾光線的偏振方向垂直的情況下，降低制造難度，降低制造成本。更優選的，設置偏振片由至少4個扇形子偏振片組合形成，且任意兩個扇形子偏振片的圓心角角度相同，能夠使偏振片各部分均有過濾上述干擾光線的能力，以達到提高虛擬潛望鏡成像對比度的目的。
[0030]5.本發明虛擬潛望鏡，還包括用于驅動偏振片繞中心法線旋轉的轉動結構，當偏振片由多個子偏振片組合形成時，相鄰的兩個子偏振片之間具有接縫，在使用虛擬潛望鏡觀察水上目標物時，啟動轉動結構，使其驅動偏振片旋轉，并控制角速度大于40轉/秒，可以消除接縫位置不透光導致的透光不均勻的影響，有利于提高成像質量。
[0031]6.本發明還提供一種虛擬潛望鏡的生產方法，包括在鏡頭與感光元件之間設置光過濾件的步驟，采用本發明的生產方法制作得到的虛擬潛望鏡，能夠消除干擾光線，具有提高成像對比度的優點。
[0032]7.本發明提供的虛擬潛望鏡還能夠在水下運載平臺上的應用，包括并不限于潛艇、UUV、AUV、ROV、潛水裝具等。
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明現有技術或本發明【具體實施方式】中的技術方案，下面對現有技術或【具體實施方式】描述中所使用的附圖作簡單介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1是實施例1中虛擬潛望鏡的結構原理圖。
[0035]圖2是圖1的立體結構圖。
[0036]圖3是圖1中鏡頭、光過濾件和感光元件的相對位置關系圖。
[0037]圖4是圖3中光過濾件的結構原理圖。
[0038]附圖標記:1-鏡頭，2-感光元件，3-顯示元件，4-光過濾件，5-扇形子偏振片，6_中心法線，7-光軸。
【具體實施方式】
[0039]下面結合說明書附圖對本發明的技術方案進行描述，顯然，下述的實施例不是本發明全部的實施例。基于本發明所描述的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出其他創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0040]需要說明的是，在本發明的描述中，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。
[0041 ] 實施例1
[0042]本實施例提供一種虛擬潛望鏡，如圖1和圖2所示，包括:鏡頭I，適于