[發明專利]基于主動立體視覺技術的模擬海床地形測量方法及測量裝置

有效

• 申請號: 201310520389.8
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN103591939A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 臧志鵬;高福平;姜海洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01C13/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 王藝

1.一種基于主動立體視覺技術的模擬海床地形測量方法，其特征在于包括以下步驟：（1）在至少有一側壁上有玻璃的實驗水槽的一玻璃側壁外側布置雙目相機，使雙目相機正對該玻璃側壁的玻璃，相機鏡頭對準實驗水槽中模擬海床的被測地形，將雙目相機通過數據線與控制主機內的圖像采集卡連接，由控制主機自動采集圖像，并進行分析和處理；（2）用標定系統標定雙目相機對距離其不同遠近位置處的點所采集到的圖像的空間坐標，標定系統至少包括一上面精確地繪有黑白相間正方塊圖案的平板狀標定板，標定時，將標定板豎直伸入實驗水槽內，使標定板的中心高度與正式實驗時海床的平均高度一致，標定板上繪有黑白相間正方塊圖案的面與雙目相機正對的玻璃側壁平行，且朝向雙目相機側，然后，使標定板沿水平方向一步步地從實驗水槽的靠近雙目相機的玻璃側壁處移動到正對的遠離雙目相機的側壁處，同時，雙目相機對起始位置起每一步位置處的標定板進行圖像采集，直到終點位置，以確定在不同位置處采集到的圖像的空間標定系數；標定完成后，將標定板提升至實驗水槽的水面之上；（3）用砂雨法海床制備系統在實驗水槽內制備出模擬海床；（4）用主動結構光系統向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區域的靜止的結構化紋理圖像、網格圖像或激光點陣圖像，或定時出現的激光點陣圖像，并設定好雙目相機的拍攝頻率；（5）用波流控制系統在實驗水槽內產生波流，以模擬海流和波浪，進行正式的海床沖刷試驗；（6）由雙目相機對實驗水槽中投射有圖像的模擬海床地形進行拍攝，控制主機對采集到的模擬海床地形圖像進行分析和處理，基于已有的標定系數，得到模擬海床地形的三維數據。

2.一種基于主動立體視覺技術的模擬海床地形測量裝置，其特征在于：包括實驗水槽，砂雨法海床制備系統、波流控制系統、雙目相機、控制主機、標定系統、主動結構光系統，所述實驗水槽至少有一側壁上有玻璃；所述雙目相機布置在實驗水槽的一玻璃側壁的外側，且正對該玻璃側壁的玻璃，相機鏡頭對準實驗水槽中模擬海床的被測地形；雙目相機通過數據線與控制主機內的圖像采集卡連接，由控制主機自動采集圖像，并進行分析和處理；所述標定系統用于標定雙目相機對距離其不同遠近位置處的點所采集到的圖像的空間坐標，所述標定系統至少包括一上面精確地繪有黑白相間正方塊圖案的平板狀標定板；所述砂雨法海床制備系統用于在實驗水槽內制備出模擬海床；所述波流控制系統用于在實驗水槽內產生模擬海流和波浪，進行海床沖刷試驗；主動結構光系統用于向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區域的靜止的結構化紋理圖像、網格圖像或激光點陣圖像，或定時出現的激光點陣圖像。

3.根據權利要求2所述的基于主動立體視覺技術的模擬海床地形測量裝置，其特征在于：所述標定系統包括底座、步進電機，滾珠絲杠、滑動螺母、連接桿、標定板，所述底座橫跨在實驗水槽的靠近雙目相機的玻璃側壁和另一相對的側壁之上，底座的一端安裝有步進電機，步進電機與所述控制主機連接，滾珠絲杠的一端與步進電機傳動連接，另一端通過軸承設置在底座的另一端上，滑動螺母配合設置在滾珠絲杠上，滑動螺母上豎直安裝連接桿，連接桿的下端豎直安裝標定板。

4.根據權利要求2所述的基于主動立體視覺技術的模擬海床地形測量裝置，其特征在于：所述實驗水槽至少有一組相對的側壁上均有玻璃，所述雙目相機和主動結構光系統分別正對布置在一組相對的玻璃側壁的兩側。

5.根據權利要求2所述的基于主動立體視覺技術的模擬海床地形測量裝置，其特征在于：所述主動結構光系統包括投影儀和投影主機，所述投影儀和投影主機連接，投影儀鏡頭對準實驗水槽中模擬海床的被測地形，向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區域的靜止的結構化紋理圖像或網格圖像。

6.根據權利要求2所述的基于主動立體視覺技術的模擬海床地形測量裝置，其特征在于：所述主動結構光系統包括連續式激光器、激光導臂和激光點陣透鏡，所述激光導臂一端連接連續式激光器的發射端，另一端連接激光點陣透鏡，激光點陣透鏡對準實驗水槽中模擬海床的被測地形，且其發射的連續激光點陣覆蓋實驗水槽中模擬海床的被測地形。

7.根據權利要求2所述的基于主動立體視覺技術的模擬海床地形測量裝置，其特征在于：所述主動結構光系統包括同步器、脈沖式激光器、激光導臂和激光點陣透鏡，所述同步器分別與脈沖式激光器、雙目相機和控制主機連接，由控制主機設定同步器參數，同步控制雙目相機采集頻率和脈沖式激光器的照射頻率，所述激光導臂一端連接脈沖式激光器的發射端，另一端連接激光點陣透鏡，激光點陣透鏡對準實驗水槽中模擬海床的被測地形，且其發射的連續激光點陣覆蓋實驗水槽中模擬海床的被測地形。