要學好光學設計，先要了解一些基礎的知識。一般情況下，光學成像系統的成像體制主要包含兩種：凝視型成像和掃描式成像。

凝視型成像

凝視型成像指的是不需要傳動裝置進行掃描，用面陣探測器直接探測目標物體的二維回波信號。采用面陣探測器，光源發射出的光照射整個目標視場，一次性探測整個目標視場內全部像素。通常來說，高分辨率和高成像速率在光學成像中是相互矛盾的，所以需要協調考慮它們的關系。如果對成像速率的要求不高，對成像的分辨率有很高的要求時，那么就可以考慮使用這種技術。這種方法是利用激光的發射方式，將激光射向目標，并在同一時間內將整個目標視場完全覆蓋，再由二維陣列探測器對反射回波信號進行檢測。例如凝視型成像激光雷達，激光器發出大功率脈沖擴束激光照射向目標后反射回來，接收端采用高速電子快門和高靈敏度的ICCD相機一次性采集所有陣列的光學圖像信號。這種技術存在的缺點是無法采用高靈敏度、高增益的雪崩光電二極管探測器、需要發射功率足夠大的激光器、成本高等。當然也有優點，則是成像的速度快且不需要掃描器。

掃描式成像

掃描式成像是指將目標物體分為若干個點，使用單元探測器，每次只探測一個像素點，探測每個像素點時，光束匯聚在這個像素點上，通過傳動裝置帶動掃描機構對目標物體進行逐點逐行逐列掃描，最終得到每個像素點的成像信息的一種探測方式。由于激光器和探測器技術的發展已經非常成熟，所以大多數激光成像的研究都采用這種掃描方式。為了獲得目標的距離，激光器發射一束窄光束，可以通過測量光束的往返時間來確定。掃描裝置將發射端發出的窄光束照射向目標，回波信號強度會反映目標的反射率特性。根據掃描圖樣，掃描器對各個不同位置的目標點進行激光掃描照射，再由系統接收端接收，最終獲取目標的相關信息。掃描成像技術因其成本低、可靠性高而得到迅速地發展，成為目前光電檢測和成像的重要方法之一。在探測系統中，也將光學成像系統劃分為：主動照明成像系統和環境光照明成像系統。

主動照明成像

主動照明成像是利用人工裝置作為照明光源來增加目標的反射信號強度，由系統接收器采集目標反射光并對其進行成像。與環境光照明成像系統相比，主動照明成像系統最突出的優勢就是不受環境光源影響，能全天候成像，本身就攜帶輻射光源，成像對比度高且作用距離更遠。通過對激光光束的發射角度和發射方向進行控制，使得激光光束照亮目標物體的主要部位或直接覆蓋整個目標視場，利用接收器接收目標反射光，實現對目標物體的探測和識別。在一定范圍內圖像質量與入射光的光強呈正相關，因此在能見度較低的成像環境下，可以通過增強反射信號強度（增加人造光源裝置），克服環境光照明成像的固有缺陷，進而提高圖像質量。

環境光照明成像

環境光照明成像指的是利用自然光照明的成像系統。這種沒有照明光源的系統利用目標物體本身發出的光或成像環境周圍的光，所以會受到很多因素的限制，并且容易受到成像環境的影響，從而產生光照不均勻的圖像。環境光照明成像僅能滿足日常普通攝影的需求，而對于在一些如高散射性、夜視、弱光條件下的目標探測，環境光照明成像將不再能滿足成像的需求。

在水下拍攝時，對于這種沒有發光光源的成像系統而言，其成像質量會受到以下三個方面的影響：第一，水質的渾濁程度。水中的微粒介質會對在水中傳播的光束造成吸收和散射作用，從而影響圖像的成像質量和成像效果。第二，被測目標物體在水下的深度。一般情況下會在河床或者海床進行測量工作，光在不同深度層級的水下傳輸時，由于入射光波和目標反射光傳輸過程中會產生吸收和散射的損耗，隨著探測深度的不斷加深，成像精度會降低。第三，水面環境。由于自然光的照射是一個動態過程，因此會受到云層厚度、天氣狀況、大氣懸浮顆粒等因素的影響。由此可見，在能見度較低的場景下，環境光照明成像系統將難以檢測和識別目標。

編輯：黃飛