Underwater Laser Imaging

• Autorzy: Metoyer Shelby , Bogucki Darek

Identyfikatory

DOI

10.2478/phr-2021-0020

Warianty tytułu

PL

Podwodne obrazowanie laserowe

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Attenuation of light in the ocean ranges widely depending on the environment and is especially significant in optical remote sensing. Absorption of light by ocean water limits the range light can travel before being extinguished. The complex interactions of scattering light and ocean water often lead to distortions of the signal as it propagates which degrades the quality and accuracy of underwater measurements. Consequently, underwater visibility (i.e. how well an object can be seen with definition at distance) can be less than 1 [m] in turbid and murky environments such as harbors. Advancements in laser imaging systems make highly accurate measurements at further ranges than has previously been possible through temporally filtering of a modulated laser signal at frequencies as high as 1 [GHz]. Here we overview the processes affecting underwater light propagation and visibility, laser imaging systems, recent advancements in the field of underwater optical imaging, and the application of such systems.

PL

Tłumienie światła w oceanie waha się w szerokim zakresie w zależności od środowiska i jest szczególnie istotne w teledetekcji optycznej. Absorpcja światła przez wodę oceaniczną ogranicza zasięg, jaki światło może pokonać, zanim zgaśnie. Złożone interakcje rozpraszania światła i wody oceanicznej często prowadzą do zniekształceń sygnału podczas jego propagacji, co obniża jakość i dokładność pomiarów podwodnych. W związku z tym widoczność podwodna (tj. to, jak dobrze można zobaczyć obiekt z określoną odległością) może być mniejsza niż 1 [m] w mętnych i mętnych środowiskach, takich jak porty. Postępy w laserowych systemach obrazowania umożliwiają bardzo dokładne pomiary w większych zakresach niż było to wcześniej możliwe dzięki czasowemu filtrowaniu modulowanego sygnału laserowego przy częstotliwościach sięgających nawet 1 [GHz]. Tutaj dokonujemy przeglądu procesów wpływających na propagację i widoczność światła podwodnego, systemy obrazowania laserowego, najnowsze postępy w dziedzinie podwodnego obrazowania optycznego oraz zastosowanie takich systemów.

Słowa kluczowe

EN

laser imaging; imaging system; optical imaging; underwater light propagation

PL

obrazowanie laserowe; system obrazowania; obrazowanie optyczne; propagacja światła podwodnego

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Medycyny i Techniki Hiperbarycznej
• Czasopismo: Polish Hyperbaric Research
• Rocznik: 2021
• Tom: nr 4(77)
• Strony: 39--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Metoyer Shelby

• Texas A&M University-Corpus Christi, Corpus Christi, Texas, United States

autor

Bogucki Darek

• Texas A&M University-Corpus Christi, Corpus Christi, Texas, United States

Bibliografia

• 1. Zaneveld, J., and W. S. Pegau, 2003a: The prediction of diver visibility and its relation to spectral beam attenuation. Tech. rep., WESTERN ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY LAB INC (WET LABS INC) PHILOMATH OR.
• 2. Zaneveld, J. R. V., andW. S. Pegau, 2003b: Robust underwater visibility parameter. Optics express, 11 (23), 2997–3009.
• 3. Jaffe, J. S., 2014: Underwater optical imaging: the past, the present, and the prospects. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 40 (3), 683–700.
• 4. Cochenour, B., K. Dunn, A. Laux, and L. Mullen, 2017a: Experimental measurements of the magnitude and phase response of high-frequency modulated light underwater. Applied optics, 56 (14), 4019–4024.
• 5. Dalgleish, F. R., A. K. Vuorenkoski, and B. Ouyang, 2013: Extendedrange undersea laser imaging: Current research status and a glimpse at future technologies. Marine Technology Society Journal, 47 (5).
• 6. Stramski, D., E. Boss, D. Bogucki, and K. J. Voss, 2004: The role of seawater constituents in light backscattering in the ocean. Progressin Oceanography, 61 (1), 27–56.
• 7. Luchinin, A., and L. Dolin, 2014: Application of complex-modulated waves of photon density for instrumental vision in turbid media. Doklady Physics, Pleiades Publishing, Vol. 59, 170–172.
• 8. Mobley, C. D., 1994a: Light and water: radiative transfer in natural waters. Academic Press.
• 9. Mobley, C. D., 1994b: Light and Water. Radiative Transfer in Natural Waters. Academic Press.
• 10. Pope, R. M., and E. S. Fry, 1997: Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. ii. integrating cavity measurements. Applied optics, 36 (33), 8710–8723.
• 11. Petzold, T. J., 1972: Volume scattering functions for selected ocean waters. Tech. rep., Scripps Institution of Oceanography La Jolla Ca Visibility Lab.
• 12. Luchinin, A. G., and M. Y. Kirillin, 2016: Temporal and frequency characteristics of a narrow light beam in sea water. Applied Optics, 55 (27), 7756–7762.
• 13. Bogucki, D., J. A. Domaradzki, D. Stramski, and R. Zaneveld, 1998: Comparison of nearforward scattering on turbulence and particles. Atmos.– Ocean, 37, 4669–4677.
• 14. Bogucki, D., J. Domaradzki, C. Anderson, H. Wijesekera, R. Zaneveld, and C. Moore, 2007: Optical measurement of rates of dissipation of temperature variance due to oceanic turbulence. 15 (12), 7224–7230.
• 15. MacDonald, I. R., J. S. Chu, F. Reilly, M. Blincow, and D. Olivier, 1995: Deep-ocean use of the sm2000 laser line scanner on submarine nr-1 demonstrates system potential for industry and basic science. ’Challenges of Our Changing Global Environment’. Conference Proceedings. OCEANS’95 MTS/IEEE, IEEE, Vol. 1, 555–565.
• 16. Dalgleish, F., F. Caimi, W. Britton, and C. Andren, 2007: An auvdeployable pulsed laser line scan (plls) imaging sensor. OCEANS 2007, IEEE, 1–5.
• 17. Wang, C.-C., and D. Tang, 2009: Seafloor roughness measured by a laser line scanner and a conductivity probe. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 34 (4), 459–465.
• 18. Churnside, J. H., J. J. Wilson, and V. V. Tatarskii, 2001: Airborne lidar for fisheries applications. Optical Engineering, 40 (3), 406 – 414, doi:10.1117/1.1348000, URL https://doi.org/10.1117/1.1348000.
• 19. Hou, W., S. Woods, E. Jarosz, W. Goode, and A. Weidemann, 2012: Optical turbulence on underwater image degradation in natural environments. Applied optics, 51 (14), 2678–2686.
• 20. Mullen, L. J., and V. M. Contarino, 2000: Hybrid lidar-radar: seeing through the scatter. IEEE Microwave magazine, 1 (3), 42–48.
• 21. Mullen, L. J., V. M. Contarino, A. Laux, B. M. Concannon, J. P. Davis, M. P. Strand, and B. W. Coles, 1999: Modulated laser line scanner for enhanced underwater imaging. Airborne and In-Water Underwater Imaging, SPIE, Vol. 3761, 2–9.
• 22. Cochenour, B., S. P. O’Connor, and L. J. Mullen, 2013: Suppression of forward-scattered light using high-frequency intensity modulation. Optical Engineering, 53 (5), 051 406.
• 23. Cochenour, B., L. Rodgers, A. Laux, L. Mullen, K. Morgan, J. K. Miller, and E. G. Johnson, 2017b: The detection of objects in a turbid underwater medium using orbital angular momentum (oam). Ocean Sensing and Monitoring IX, SPIE, Vol. 10186, 1018603.
• 24. Perez, P., W. D. Jemison, L. Mullen, and A. Laux, 2012: Techniques to enhance the performance of hybrid lidar-radar ranging systems. 2012 Oceans, IEEE, 1–6.
• 25. Jantzi, A., W. Jemison, A. Laux, L. Mullen, and B. Cochenour, 2018: Enhanced underwater ranging using an optical vortex. Optics express, 26 (3), 2668–2674.
• 26. Gloge, D., E. Chinnock, and D. Ring, 1972: Direct measurement of the (baseband) frequency response of multimode fibers. Applied Optics, 11 (7), 1534–1538.
• 27. Helkey, R., D. Derickson, A. Mar, J.Wasserbauer, and J. Bowers, 1993: Millimeter-wave signal generation using semiconductor diode lasers. Microwave and optical technology letters, 6 (1), 1–5.