[發(fā)明專利]水下小目標(biāo)動(dòng)態(tài)精細(xì)檢測(cè)三維成像裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911357770.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN111090103B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鵬飛;駱佳成;任子成;張?jiān)?/a>;陳茂飛;程紅霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S17/894
• 分類號(hào): G01S17/894;G06T7/90
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 許婉靜

1.一種水下小目標(biāo)動(dòng)態(tài)精細(xì)檢測(cè)三維成像裝置，包括平臺(tái)(3)，其特征在于：激光發(fā)射模塊與水下攝像機(jī)(1)固定安裝在平臺(tái)上，水下攝像機(jī)(1)與處理單元(5)連接；

所述激光發(fā)射模塊的激光器采取兩種工作方式：

1)與水下目標(biāo)保持固定，激光發(fā)射模塊以一定的步進(jìn)角速度繞自身軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)最多360°，覆蓋目標(biāo)區(qū)域；

2)激光發(fā)射模塊以設(shè)定的移動(dòng)速度連續(xù)平移，覆蓋目標(biāo)區(qū)域；

所述激光發(fā)射模塊為陣列激光發(fā)射單元(2)，水下攝像機(jī)(1)向陣列激光發(fā)射單元(2)方向傾斜安裝；

所述陣列激光發(fā)射單元的激光器布置方式為：

多個(gè)激光器(9)按設(shè)定間隔平行排列布置，所述激光器為一字線激光器；或

在同一垂直平面的同一位置布置多個(gè)激光器，所述激光器為一字線激光器，每個(gè)一字線激光器以不同的角度安裝；

所述處理單元(5)按下步驟進(jìn)行圖像處理：

步驟一：硬件校準(zhǔn)，包括水下攝像機(jī)內(nèi)參校準(zhǔn)以及激光器與水下攝像機(jī)之間的外參標(biāo)定；

步驟二：當(dāng)激光發(fā)射模塊為單線激光器時(shí)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)按角度步進(jìn)控制單線激光器旋轉(zhuǎn)；

當(dāng)激光發(fā)射模塊為陣列激光單元時(shí)，陣列激光單元通過(guò)平臺(tái)所搭載的機(jī)器人控制步進(jìn)移動(dòng)；

步驟三：中央處理單元采集水下攝像機(jī)拍攝的原始圖像；

步驟四：從步驟三得到的原始圖像中分離出所有激光測(cè)線，對(duì)每條測(cè)線進(jìn)行單獨(dú)處理；

步驟五：對(duì)分離出的每條激光測(cè)線進(jìn)行序列識(shí)別，包括檢測(cè)激光測(cè)線是否完整未丟失和激光測(cè)線是否出現(xiàn)重合；

步驟六：對(duì)分離出的激光測(cè)線圖像進(jìn)行高斯濾波；

步驟七：自動(dòng)分割閥值去除圖像背景，得到激光測(cè)線最終的計(jì)算圖像；

步驟八：逐行計(jì)算激光測(cè)線位置，確定行號(hào)數(shù)為i″_y的激光測(cè)線位置曲線圖中各個(gè)波峰的幾何中心位置i″_x及對(duì)應(yīng)的波峰值，即未校正的激光測(cè)線位置和激光測(cè)線強(qiáng)度值；

步驟九：使用步驟一中標(biāo)定的激光器旋轉(zhuǎn)角度校正步驟八中得到的幾何中心位置i″_x、行號(hào)數(shù)為i_y，得到矯正后的波峰幾何中心位置i_x、圖像像素行號(hào)i_y；

步驟十：計(jì)算測(cè)量物體的三維點(diǎn)云，并將三維點(diǎn)云繪制在三維坐標(biāo)上，三維點(diǎn)云顏色深淺由激光測(cè)線強(qiáng)度值決定；

或直接使用差分方法將被測(cè)量物體表面的色彩信息提取至三維點(diǎn)云中；

步驟十一：重復(fù)步驟二至步驟十，每得到設(shè)定幀數(shù)的圖像則進(jìn)行一次步驟十二；設(shè)定幀數(shù)可以10,也可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整；

步驟十二：進(jìn)行三維數(shù)據(jù)后處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下小目標(biāo)動(dòng)態(tài)精細(xì)檢測(cè)三維成像裝置，其特征在于：所述平臺(tái)安裝在水下機(jī)器人(8)的下部，激光發(fā)射模塊與水下攝像機(jī)(1)方向向下安裝在平臺(tái)(3)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下小目標(biāo)動(dòng)態(tài)精細(xì)檢測(cè)三維成像裝置，其特征在所述水下攝像機(jī)(1)為兩臺(tái)，分別安裝在陣列激光發(fā)射單元(2)的兩側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下小目標(biāo)動(dòng)態(tài)精細(xì)檢測(cè)三維成像裝置，其特征在于：激光發(fā)射模塊、水下攝像機(jī)(1)與處理單元(5)均安裝在平臺(tái)(3)上，所述平臺(tái)(3)固定安裝在步進(jìn)電機(jī)(6)的輸出軸上，所述步進(jìn)電機(jī)(6)安裝在支架(7)上。