[發明專利]一種基于計算機視覺的水下激光基準線測量系統

在審

• 申請號: 201610145848.2
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105783732A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 袁國強;荀思瑞;王文晉;陳蔚然;張瑋康;劉暢
• 申請（專利權）人: 武漢華海創智科技有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于計算機視覺和水下工程技術領域，具體涉及水下結構物的計算機視覺 識別測量。

背景技術

重力式碼頭是我國分布較廣，使用較多的一種碼頭結構形式，主要形式有方塊結 構與沉箱結構。其中，方塊結構式碼頭一般采用預制的大型混泥土方塊作為基本構件，塊體 在預制場預制，然后運到現場進行安裝。方塊的安裝精度和效率直接影響整個方塊碼頭建 設的質量和進度。

目前，在重力式方塊碼頭建設中，有幾種傳統的方塊安裝測量定位方法：水下基準 線法、前沿參照物控制法、水上基準線法、延伸線定位法和測量架（桿）定位法。前四種方法 均為物理接觸法，需配合的人員及船機較多，投入較大，效率低下，且水面吊裝指揮員只能 通過水下對講機與潛水員語音溝通來獲取水下方塊的位置信息，施工質量無法得到有效監 督。在此需求上，進一步發展出第五種方法——測量架定位法，即在方塊的角點上各設置一 個高出水面的沿伸架（桿），架頂端安裝信號發射器，水面接收器通過接收不同桿頭發出的 位置信號來確定水下方塊的平面位置，但該方法有很強局限性——僅適用于深度5米以下 的淺水區作業，對于水深較深的基底方塊的安裝，則仍需采用前述定位方法。

發明內容

鑒于目前水下方塊安裝情況，在傳統方塊安裝定位方法的基礎上，本文提出了一 種基于計算機視覺的水下激光基準線測量系統，用激光光線替代傳統方法中的物理實體準 線，并且通過水下攝像頭所采集的實時畫面，利用計算機視覺軟件識別畫面中的圖像特征， 計算出方塊的實際位置，為水面吊裝指揮員提供精確的修正數據，從而指導方塊調位。

本發明由水面控制主機、搭載計算機視覺軟件的工程計算機、水下攝像機、水下補 光燈、水下雙聯激光器（作比例尺用）、水下基準線激光器、激光靶尺、測量臺架和水密電纜 等部分組成。

優選地，所述水下攝像機采用廣角鏡頭，外殼采用鈦合金材料，具有較強的抗海水 腐蝕能力，并且所述水下攝像機可承受最大水深300米的水壓；

優選地，所述水下補光燈外殼采用鈦合金材料，防止海水腐蝕，光照強度及光照角度可 調節，以適應水下不同的補光需求；

優選地，所述激光靶尺采用特制不銹鋼材料，其表面經化學處理為黑色，減弱激光反射 效果，防止眩光出現，干擾計算機視覺軟件的圖像特征提取與識別；

優選地，所述水下雙聯激光器采用紅色激光激發器，投射紅色激光柱到激光靶尺上，光 斑中心距固定，為計算機視覺軟件算法處理提供比例尺。其外殼采用鈦合金材料，具備較強 的抗海水腐蝕能力，并且耐壓設計使其可承受最大水深1500米的水壓。

優選地，所述水下基準線激光器采用大功率綠色激光激發器，保證遠距離的衰減 后，激光在靶尺上的投射光斑仍能為計算機視覺軟件所識別。其外殼采用鈦合金材料，具備 較強的抗海水腐蝕能力，并且耐壓設計使其可承受最大水深1500米的水壓。

優選地，所述水面控制主機可同時控制兩套水下激光器及水下攝像機的啟閉，控 制水下補光燈的亮度強弱，同時，將水下攝像頭采集的圖像信號數據打包處理后傳輸給搭 載計算機視覺軟件的工程計算機做進一步處理。

優選地，所述搭載計算機視覺軟件的工程計算機，接收從水面控制主機發來的視 頻信號，經計算機視覺軟件進行圖像預處理、特征提取等算法處理后，給出方塊當前實時位 置參數，并且將畫面輸出至顯示屏，供水面調控人員參考。

優選地，所述測量臺架采用不銹鋼材料，其作用在于集成安裝水下攝像機、水下雙 聯激光器、水下補光燈、激光靶尺等附件，并且根據測量位置的實際情況，快速調整水下補 光燈的角度及水下攝像機的視野大小，更好地獲取被測方塊特征。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得以下有 益效果：

本發明采用的激光準線簡化了傳統實體基準線布置時的繁瑣程序，同時克服了傳統實 體基準線由于長度過大而產生的繞度，以及水流影響下左右擺動的問題。另外，本系統通過 水密電纜將水下畫面實時傳輸至水面控制主機，不僅可利用精確的計算機視覺軟件識別并 計算得出待測物體的位置參數，而且水面指揮員能夠通過實時畫面方便高效地監督水下施 工質量，實現水下吊裝過程的可視化、數據化操作。

附圖說明

圖1是本發明實施例中水下方塊安裝測量時，測量臺架部分及激光基準線發射器 布置示意圖。