[發明專利]基于激光偏振特性的海底地形重建系統及方法

有效

• 申請號: 201710868499.1
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107644456B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 劉磊;宋佳曉;姜民;李業飛;陳旭;張壯
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T7/521
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種基于激光偏振特性的海底地形重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，水下目標偏振信息和定位信息的獲取：探測激光經偏振片射向海底目標，激光偏振信息采集模塊接收海底目標的偏振反射光并傳輸至信息處理模塊，信息處理模塊通過對海底目標的偏振反射光進行同步接收與實時處理，得到海底目標深度信息和海底目標偏振信息，并且使用GPS信號采集模塊進行實時定位，獲取該海底目標的GPS二維位置信息；

步驟2，偏振特性數據庫的建立：根據海底典型目標的偏振特性的影響因素，整理現有的偏振特性數據，利用SQL Server 2008建立偏振特性數據庫；并通過Delphi7建立交互式界面，完成對所建立偏振特性數據庫的管理；此外，還通過交互式界面將系統測得的偏振數據添加在偏振特性數據庫中，對偏振特性數據庫記錄進行實時修改、插入、刪除這些管理功能，使偏振特性數據庫不斷完善；

步驟3，目標的識別分類：通過Delphi 7建立交互式界面，完成對步驟2所建立偏振特性數據庫的管理，通過查詢比對步驟1中所測的海底目標偏振信息與步驟2中偏振特性數據庫保存的現有偏振特性數據，完成海底目標的識別與分類；

步驟4，海底地形的三維重建：利用Cubic方法對步驟1得到的GPS二維位置信息和海底目標深度信息進行插值處理，然后根據插值后的三維坐標數組利用surf函數繪制地形曲面及其它海底目標，根據步驟3得到的目標識別分類結果，為地形曲面賦予相應的紋理材質，還原水下場景；

步驟1所述水下目標偏振信息和定位信息的獲取，具體如下：

(1)系統上電，通過信息處理模塊上的按鍵操縱步進電機模塊，使系統到達指定的探測點；

(2)打開激光產生模塊中的激光器，激光器發出的532nm藍綠光經過偏振片后，出射光的振動限制在設定振動方向上，變成了線偏振光并射向海底目標；

(3)532nm藍綠激光經海底目標反射，反射光同時通過532nm濾光片和偏振度方向分別為0°、45°、90°、135°的偏振片后，被4路光電二極管接收，光電二極管采集到的電流信號轉換為電壓信號，然后通過放大電路對信號放大，放大后的電壓信號被模數轉換器轉換為數字信號后，送入到信息處理模塊中FPGA進行處理，計算出該探測點對應的海底目標深度信息和海底目標偏振信息，并存儲至SD卡；

(4)使用GPS信號采集模塊對系統所在位置進行實時定位，獲取該海底目標的GPS二維位置信息，并傳輸至信息處理模塊中FPGA，并存儲在SD卡中；

(5)信息處理模塊中FPGA控制步進電機模塊移動到下一個探測點繼續探測，重復(2)～(4)步驟直至探測全部完成，將數據從SD卡中導出，并進行分析；

步驟3所述通過查詢比對步驟1中所測的海底目標偏振信息與步驟2中偏振特性數據庫保存的現有偏振特性數據，完成海底目標的識別與分類，具體為：步驟1中所測的海底目標偏振信息與步驟2中偏振特性數據庫保存的現有偏振特性數據，若在相同探測條件下兩者的偏振特性相同，即可判定兩者為相同物質。

2.根據權利要求1所述的基于激光偏振特性的海底地形重建方法，其特征在于，步驟4所述對步驟1得到的GPS二維位置信息和海底目標深度信息進行插值處理，其中插值處理方法采用Cubic方法，步驟如下：

第一：根據離散坐標，參考凸包算法，獲得離散點的凸包；

第二：構建Delaunay三角網；

第三：根據格網化方法，獲取格網點的坐標；

第四：遍歷插值區域內所有的格網點，根據插值點所在的三角形內的三個點，使用三次方程內插出待定點坐標上的值。