反向追迹法获取水下对空全景图像

（华中光电技术研究所 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430223）

引言

从水下透过波浪观察海面及空中目标的方法由美国Areté公司提出[1]，为水下对空探测提供了一种有效的途径，被称为虚拟潜望镜技术。该技术可用于水下平台对海空目标的隐蔽探测，在军事上有重要应用，潜艇借此可以在不浮出海面的情况下实现对海面船只及空中反潜机的探测，实现潜艇上浮避碰及在水下安全深度对空警戒，极大地增加了潜艇的安全性。

水下对空成像属跨介质成像，光线经过水-空气界面时会发生折射，且海面常处于动态变化过程中，给水下对空成像带来畸变和像差等不利影响。当光线从空气中折射入水后，会产生色散效应，海水吸收和散射会使能量衰减并带来图像模糊，在这些因素的综合作用下，获取高质量的水下对空图像十分困难，因此，虚拟潜望镜技术至今离实际应用还有一定距离。然而，国内外学者根据水下对空成像的特点，重点从某一方面进行研究，仍然取得了重要进展。例如，文献[2]分析了接近水天线目标的色散情况，并给出了利用楔形镜校正色差的具体方法；文献[3]提出了一种水下对空成像的光学计算模型，利用光线追迹分析波浪对光线的扰动，得到了水下像面照度的分布；文献[4]中赵文强等研究了水下对空成像Snell 窗口的光学问题，解决了水下对空等效入瞳、波面曲率的等效光学特性以及天空亮度分布的计算问题；文献[5]通过计算Snell圆域的扩展程度对海面波浪大小进行估算；……