水體對光的線性作用是指光在涉水領(lǐng)域傳輸過程中受到的吸收，散射和折射作用。水體對光的非線性作用是指光與水的物質(zhì)相互作用過程中，研究激光與水的物質(zhì)相互作用機理中的非線性過程，在水下激光切割，焊接，熔覆等激光工業(yè)領(lǐng)域和激光臨床醫(yī)學領(lǐng)域具有十分重要的意義。

涉水光學信息獲取

涉水光學數(shù)據(jù)獲取主要對涉水環(huán)境的物質(zhì)及其物理參數(shù)進行精密測定和描述，是掌握涉水環(huán)境的有效方式。目前涉水光學數(shù)據(jù)獲取的主要途徑包括光學傳感技術(shù)，光譜測量技術(shù)以及光學成像探測技術(shù)。光學傳感技術(shù)是依據(jù)光學原理，通過光學技術(shù)感知環(huán)境信息，然后通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對其進行數(shù)字化采集和調(diào)節(jié)。

光學遙感技術(shù)是在遠距離沒有實際接觸的情況下通過光學技術(shù)獲取目標物體或區(qū)域的信息。遙感技術(shù)以研制先進遙感數(shù)據(jù)獲取，信息傳輸和處理裝備，隨著遙感技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用的不斷深入，未來的遙感技術(shù)將在我國海洋經(jīng)濟中發(fā)揮越來越重要的作用。

圖5.最早的光學遙感技術(shù)

光譜能夠用來研究辨識水體及水中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，組成及狀態(tài)，光譜測量技術(shù)極大改善了涉水測量的靈敏度和分辨率。激光誘導光譜擊穿技術(shù)對樣品進行分析的一種光譜技術(shù)，可以實現(xiàn)對物質(zhì)的原位，實時，連續(xù)，無接觸檢測。激光拉曼光譜技術(shù)可實現(xiàn)海水中酸根離子濃度的長期原位監(jiān)測，對于了解海底熱液活動區(qū)，地震源區(qū)以及海底沉積物將具有重要意義。 

涉水光學成像探測技術(shù)是涉水光學數(shù)據(jù)獲取中反映水體環(huán)境最直觀的探測技術(shù)。涉水距離選通成像技術(shù)確保目標反射后的信號光剛好在選通工作時間內(nèi)到達。涉水偏振成像技術(shù)可以有效抑制后向散射光，實現(xiàn)涉水光學清晰成像。載波調(diào)制成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對散射低頻分量的抑制。李學龍團隊研制了高能量微波頻率調(diào)制激光器，并合作開發(fā)了微波頻率調(diào)制的激光雷達系統(tǒng)，具有提高信噪比，增加水下探測距離的能力，能夠有效地解決了后向散射問題，并實現(xiàn)了環(huán)境與設(shè)備的智能交互，提升了水下探測距離。關(guān)聯(lián)成像技術(shù)利用單像素強度探測器收集目標光強信號，結(jié)合投影光場重建圖像，同時這種成像方式可以將環(huán)境模型及深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)納入成像算法中，可以在弱光條件下實現(xiàn)智能計算成像，解決傳統(tǒng)水下成像抗干擾能力弱的問題。李學龍團隊研制了水下關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)，配合智能科學算法，已經(jīng)實現(xiàn)了不同濁度下的圖像高清重構(gòu)。壓縮感知理論是一種全新的信號采樣理論，如果信號是可壓縮的，或者信號在某個變換基下是稀疏的，則壓縮過程和采樣過程可以同步完成，在采樣的過程中即可完成信息的提取。李學龍團隊研究了基于深度學習的快速計算顯微成像方法，深度學習用以減少光學顯微成像數(shù)據(jù)采集量，壓縮感知用以提高光學顯微成像分辨率和信噪比，繼而以計算重構(gòu)的模式，獲得傳統(tǒng)顯微技術(shù)無法或難以直接獲得的樣品多維高空時分辨信息。光譜成像技術(shù)是將光譜測量與成像技術(shù)相結(jié)合，在圖像上每一個像素點都能提取出多通道的光譜特征，從而實現(xiàn)多空間點，多通道的精密測量和多模態(tài)識別。李學龍團隊基于寬譜，高分，快照等技術(shù)，提出寬譜差分連續(xù)精細譜，參比主動校正，非線性預測等關(guān)鍵技術(shù)，改變了以化學分析法為單一標準的現(xiàn)狀，為復雜海水水質(zhì)分析提供新標準，是國際首創(chuàng)。

圖6.涉水關(guān)聯(lián)成像示意圖