散射描述了一种范围广泛的现象，这些现象通常分解为光路径内的小差异，使部分光从原始传播方向折射或反射。这些变化是由温度转变、悬浮粒子、溶解固体和生物“雪”引起的。虽然波长和一些散射现象之间有一定的关系，但最强烈的影响因素通常不太依赖于光的颜色。在不同的样品中，造成散射的特定成分可能有很大差异，但在天然海水中散射的一般模式是一致的。一些散射光将返回到主光，到达被摄体，并贡献总照度。事实上，当距离光源的衰减长度大于一到两个时，总照度的散射或漫射分量将变得显著，并开始超过和超过直接照度分量。

水下白光光源的颜色含量会由于吸收和散射而去饱和，接近单色光源的颜色(图3)。衰减不仅限制了目标的总照度，也限制了水下颜色信息传输的有用范围。这是由于光谱在水中的衰减不均匀(见图2)。

虽然它可能有助于增加被摄物的照度，但散射也会降低被摄物与背景之间的对比度。在某种程度上，这是由于沿照明路径的后向散射冲刷了主体，以及主体本身反射光的散射使图像模糊。在这种情况下，增加被摄物的总照度不会改善对比度，因为会产生随强度而增加的散射尺度，而不会导致对比度的净增加。这对在人眼视觉或电影等对比度有限的成像应用中探测物体的距离施加了实际的限制。幸运的是，对于光电成像应用，探测器的信噪比比比对比度更能决定物体的可探测性。信噪比会随着被摄物体总照度的平方根而增加。例如，如果目标照明增加10倍，那么在海洋背景下目标的可探测性将增加3.1倍左右。

为什么这一切都很重要?

水下不同的任务对系统有不同的约束和要求。照明性能和实际限制之间的平衡必须基于预期的应用。对于系统设计师来说，了解如何根据任务要求评估光以及水下照明参数如何变化是至关重要的。

例如，在为远程操作机器人(ROV)设计照明时，主要目标是为飞行员提供足够的周围环境的视觉信息，使其能够安全机动到工作地点，避免危险，并对附近的障碍发出警报。这就需要成像系统中的高对比度和高信噪比，以及广泛的漫射光源，可以优化局部散射条件。在这种应用中，最重要的参数是总光通量、光谱含量和调光范围。使用更高的CCT照明(>5000K)有助于确保更少的功率发射由白色源将被衰减。选择具有高光通量的光将确保有足够的光来提高对对比度低的物体或远处物体的探测能力。根据操作环境的不同，调光在这个应用程序中也可能非常重要。由于一个地点的条件可能会有很大的变化，降低光源的能力允许飞行员补偿高的后向散射。

在用于检查任务、生物调查或考古探险的高清(HD)成像应用程序中，照明需求施加了一组非常不同的约束。对于这些应用，颜色精度、均匀照明和高角度对比度是关键。高清成像尤其受益于完整、丰富的色彩空间，这有助于在生物调查中区分物种，或区分海底结构的自然表面变化和腐蚀。色彩精度最精确的描述是CRI参数，但衰减导致光源的光谱含量，即使是高CRI光源，在与被摄物的距离上发生巨大变化。这设置了实际的限制成像距离和最低照明，需要颜色精度。在某些情况下，需要补充单色源来提高视觉光谱中高度衰减部分的光谱含量。对于给定的成像器大小，用于高清成像的传感器比标准清晰度成像的传感器灵敏度低，通常需要更多的光线。高清成像仪的分辨率越高，对物体反射光的散射也越敏感，因为在捕获的数据中可以检测到更细微的光角分离。光在水下的散射行为与光源的光束角度成正比。拥有更紧密的准直光源有助于减少长距离散射，并充分利用探测器分辨率。

图3

为什么选择led作为水下照明?

固态照明技术在许多应用中正在取代白炽灯、荧光灯、HMI和HID照明——这是有充分理由的。led被证明是高效和极其灵活的解决方案。它们几乎适用于所有照明应用，包括水下成像。使用led，系统设计人员可以针对特定的一组需求优化这里讨论的各种照明特性。CCT、流明、流明、CRI、颜色和光束模式都是LED设备标准选择中的可调特性，并在单一照明技术中为系统设计师提供了前所未有的灵活性。

led还与半导体行业密切相关，受益于推动其他消费电子市场前进的规模经济、产品改进周期和研发投资。来自半导体行业和消费照明市场的其他技术趋势继续推动驱动和控制系统的创新解决方案，使以前从未有过的照明解决方案成为可能。

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