【摘 要】
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中国不仅地大物博,而且有着长达18000多公里的海岸线和面积近300万平方公里的海域,亦属于海洋大国。我国海域蕴含着丰富的资源,积极开发和利用海洋资源有利于我国经济的可持续发展。潜艇作为一种能在水下航行的舰艇,不仅作为重要的海洋战略武器使用,而且在深海探测领域也发挥着举足轻重的作用,但是潜艇在上浮作业时会有与水面舰船碰撞以及被反潜设备发现的危险。正是由于潜艇上传统潜望镜的诸多限制,虚拟潜望镜技术应
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中国不仅地大物博,而且有着长达18000多公里的海岸线和面积近300万平方公里的海域,亦属于海洋大国。我国海域蕴含着丰富的资源,积极开发和利用海洋资源有利于我国经济的可持续发展。潜艇作为一种能在水下航行的舰艇,不仅作为重要的海洋战略武器使用,而且在深海探测领域也发挥着举足轻重的作用,但是潜艇在上浮作业时会有与水面舰船碰撞以及被反潜设备发现的危险。正是由于潜艇上传统潜望镜的诸多限制,虚拟潜望镜技术应运而生。虚拟潜望镜是一种新型的水下对空成像系统,能在水下安全距离透过水空界面观察水上目标,从而在有效工作的同时避免危险。本论文立足于虚拟潜望镜的应用发展,对水下对空成像的关键技术进行了详细地研究,主要研究内容包括以下几点:（1）对虚拟潜望镜应用的研究进展进行了综述,并分别从基于图像序列和基于水波纹重建两方面对水下对空成像扭曲图像的复原技术进行分析总结。（2）构建了水下对空成像模型,分别研究了光线在水下传输特性以及光线在水空界面处的传输特性,并简要介绍了基于海浪谱的海浪三维模拟。（3）基于水波纹重建的扭曲图像复原,设计了一种波浪复原的实验方法。根据小孔成像原理,将随机波浪的表面梯度信息转化为太阳经过小孔成像后的光斑位移信息,并通过理论推导得到光斑位移信息和波浪表面梯度的相关关系,设计了基于折射定律以及基于位移场求波浪表面梯度的两种方法。最后依据波浪表面梯度求解表面高度,实现了水下对空成像的波浪还原。（4）在（3）的基础上,设计了扭曲图像的矫正方法。首先介绍了光线追踪理论及相关算法,依据相机成像原理,将扭曲图像的所有像素点通过光线逆追踪对应到空气中一个三维平面,然后在三维平面上复原出扭曲矫正后的图像。（5）以（3）（4）所提理论为基础,在matlab平台下分别进行了仿真验证实验,依据实验方法完成波浪复原以及扭曲图像矫正工作,并对实验结果进行了分析。
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