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自上世纪九十年代初期，美国“魔灯”系统在海湾战争中的卓越表现，使得激光水下成像技术成为各国争相研究的热点，是近二十年来海洋探测与开发的关键技术之一。激光水下成像系统是集光、机、电为一体的复杂系统，在我国目前仍然处于实验室研究和实验分析阶段。本文围绕激光水下成像系统的关键技术进行研究，并进行了实验验证，以全面掌握激光水下成像的技术原理与关键技术。 为了分析激光水下成像探测系统的探测能力，根据水下蓝绿激光主动成像系统的成像过程，分析了目标与背景的辐射特性、海水后向散射特性、距离选通特性以及激光发射器和接收器的性能，提出了一种基于PMBSOW的探测灵敏度模型。该模型在海水散射系数与衰减系数之比介于0～1的范围内都适用。模型的建立为分析系统的探测能力和系统参量的优化选择提供理论依据。 产生纳秒量级的选通脉冲及对系统各单元的精确同步控制是距离选通激光水下成像系统(RULIS)正常工作并获得高质量图像的关键。针对产生纳秒量级的选通脉冲和精确同步控制的问题，设计了一种基于FPGA和可编程延时芯片的具有纳秒量级控制精度的同步控制装置，实现了RULIS的内触发同步控制功能。针对激光脉冲抖动问题，采用一种基于光电传感器的激光脉冲探测电路。利用该探测电路配合同步控制装置实现了RULIS的外触发同步控制功能。 基于对关键技术的研究，设计了一种距离选通激光水下成像实验系统。实验系统围绕532nmNd：YAG脉冲激光器和选通式ICCD摄像机搭建而成，具有内触发同步控制和外触发同步控制功能。并进行了外场实验，实验结果不仅验证了成像系统的探测能力，还证明了本文所建立的探测灵敏度模型的合理性。实验系统在湖泊中的极限成像深度为4.8个衰减长度(水体衰减系数为0.81/m)。 针对水下图像照明不均匀、低信噪比等特点，进行了图像处理方法的研究。根据系统的成像特点，提出了一种基于背景滤除的同态滤波方法，较同态滤波方法，该方法对图像的增强效果随着深度的增加而越发明显，但是仍然存在边缘模糊的问题，还需要进一步研究。