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海上搜救目标选通成像技术：原理、应用与突破

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球经济一体化进程的加速，海洋作为连接世界各国的重要通道，其战略地位愈发凸显。海上贸易、渔业捕捞、海洋科考、海上油气开发等各类海上活动日益频繁，极大地推动了海洋经济的发展。据相关统计数据显示，全球90%以上的贸易量通过海运完成，海上运输业成为世界经济发展的重要支撑。同时，海洋渔业、海洋能源开发等领域也在不断拓展，为人类社会的发展提供了丰富的资源。

然而，海上活动的蓬勃发展也带来了一系列安全隐患，海上事故频发成为不容忽视的问题。海上环境复杂多变，受到恶劣天气、海况、船舶设备故障、人为操作失误等多种因素的影响，船舶碰撞、搁浅、沉没、火灾爆炸等事故时有发生，给人员生命安全和财产造成了巨大损失。根据欧洲海事安全局（EMSA）发布的海上事故事件统计年度概述，2014-2021年期间，其收到海上事故事件的报告总数为21,173起，年平均事故事件为2,647起。2021年事故事件报告总数为2,637起，其中涉及人员死亡的事故有36起，死亡人数达563人，受伤人数为621人。此外，美国海军在2024财年发生的水面事故数量达到10年来的最高水平，海上A级事故数量上升到十年来的最高水平，这些数据都表明海上事故的严峻性。

海上事故不仅造成了人员伤亡和财产损失，还对海洋生态环境、海上交通秩序以及社会稳定产生了负面影响。一旦发生重大海上事故，如油轮泄漏事故，将对海洋生态系统造成灾难性破坏，导致海洋生物大量死亡，渔业资源受损，沿海旅游业也会受到严重冲击。海上事故还可能导致海上交通堵塞，影响其他船舶的正常航行，给全球贸易带来不利影响。

在海上事故发生后，及时有效的海上搜救行动是减少人员伤亡和财产损失的关键。海上搜救的首要任务是快速准确地发现目标，而目标的发现很大程度上依赖于先进的成像技术。传统的海上成像技术，如可见光成像、红外成像等，在复杂的海上环境中存在一定的局限性。可见光成像受光照条件影响较大，在夜间、大雾、暴雨等恶劣天气条件下，成像质量严重下降，甚至无法获取有效图像。红外成像虽然对温度差异敏感，但对于一些与背景温度相近的目标，检测效果不佳，且容易受到海面复杂背景的干扰。

海上搜救目标选通成像技术作为一种新兴的成像技术，能够有效克服传统成像技术的不足，在海上搜救中具有重要的应用价值。选通成像技术通过控制成像系统的曝光时间和光信号接收时间，能够在复杂的背景环境中突出目标信号，抑制背景噪声，从而提高目标的检测和识别能力。例如，在烟雾、灰尘等散射介质存在的情况下，选通成像技术可以通过距离选通的方式，只接收目标反射回来的特定时刻的光信号，避免散射光的干扰，实现对目标的清晰成像。在2023年11月9日我国第32个全国消防日的宣传活动中，应急管理部天津消防研究所展示的一款采用激光距离选通成像技术的透火透烟侦察搜救装备，能够在大火和浓烟的环境下，远距离看到火后面的被困人员以及周围潜在的危险情况，解决了现有侦察搜救装备无法解决的远距离穿火透烟侦察难题，极大地提高了救援效率，这充分体现了选通成像技术在复杂环境下的优势。

海上搜救目标选通成像技术的研究对于保障海上活动的安全、保护海洋生态环境、维护社会稳定以及推动相关技术的发展都具有重要意义。它不仅能够提高海上搜救的成功率，减少人员伤亡和财产损失，还能够为海洋资源开发、海上交通管理等领域提供技术支持，促进海洋经济的可持续发展。

1.2国内外研究现状

海上搜救目标选通成像技术作为海上搜救领域的关键技术之一，近年来受到了国内外学者的广泛关注，在理论研究、技术开发和实际应用等方面都取得了一定的进展，但也存在一些尚未解决的问题。

国外在海上搜救目标选通成像技术方面的研究起步较早，取得了一系列具有代表性的成果。美国、欧洲等国家和地区在激光距离选通成像、多光谱选通成像等技术领域处于领先地位。美国海军研究实验室（NRL）在激光距离选通成像技术研究方面投入了大量资源，旨在提高对海上目标的探测和识别能力。他们通过优化激光发射和接收系统，改进距离选通算法，实现了对远距离海上目标的高分辨率成像，有效提升了海上监视和目标识别的准确性。欧洲的一些研究机构和企业也在积极开展多光谱选通成像技术的研究，利用不同光谱波段对目标和背景的响应差异，提高目标在复杂背景下的对比度和可辨识度，从而实现对海上目标的更精准探测和识别。

在国内，随着海洋经济的快速发展和对海上安全重视程度的不断提高，海上搜救目标选通成像技术的研究也得到了大力支持，众多科研院校和机构在该领域开展了深入研究，并取得了一定的成果。例如，大连海事大学针对海上搜救目标成像的需求，对多波段成像技术进行了研究，提出了基于FPGA的图像采集技术，设计