[發(fā)明專利]一種水下多波段交叉線陣激光三維掃描系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112284294A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 宋宏;張楊帆;胡相勝;萬啟新;王文鑫;黃慧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G01B11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 應孔月

本發(fā)明公開了一種水下多波段交叉線陣激光三維掃描系統(tǒng)，包括：載體，用于控制本系統(tǒng)在水下空間進行目標物體掃描，并獲取系統(tǒng)實時慣導數(shù)據(jù)；水下激光發(fā)射單元，搭載在所述載體上，所述水下激光發(fā)射單元包括多個不同波段的線性激光器，各線性激光器發(fā)射的激光線兩兩交叉，與目標物表面形成多激光波段的交叉線陣；水下成像儀，搭載在所述載體上，用于采集表面覆蓋所述交叉線陣的目標物的圖像序列；控制單元，用于接收所述的慣導數(shù)據(jù)和所述的圖像序列，從所述圖像序列中提取交叉線陣坐標數(shù)據(jù)，再基于三角三測距原理，計算得到目標物交叉線陣上各點與水下成像儀的相對坐標，將所述慣導數(shù)據(jù)與所述相對坐標相結(jié)合，得到目標物表面交叉線陣的空間坐標。

技術領域

本發(fā)明涉及一種水下結(jié)構光三維掃描系統(tǒng)，特別是一種使用多波段交叉線陣激光進行水下目標物三維測量的掃描系統(tǒng)。

背景技術

水下激光三維掃描系統(tǒng)通常是由水下攝像機、水下線結(jié)構激光器、支架與載體構成。載體攜帶支架以及固定在支架上的水下攝像機與水下線結(jié)構激光器進行移動。激光器發(fā)射線結(jié)構光在目標物表面形成激光條帶，通過水下攝像機記錄激光條帶的分布情況。將記錄下的條帶圖像序列與自身位移數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以復原出目標物三維圖像。水下激光三維掃描可以實現(xiàn)高精度三維成像，適用于海底目標物精細掃描，因此被應用于海洋可靠，是一種實用的海洋地質(zhì)勘探的工具。

隨著海洋科考工作逐步推進，對于掃描精度的要求也不斷提升，單純利用單線掃描進行三維掃描會導致線上掃描點比較密集，空間分辨率較高，但是線與線之間空間分辨率較低。為更好解決單線掃描的運動方向分辨率較低、分辨率分布不均勻的問題，通過提出交叉掃描線陣和系統(tǒng)總體優(yōu)化設計，提高掃描空間分辨率、姿掃描點空間分布均勻性。與此同時，不同掃描方向采用不同波段的激光，可以有效進行激光掃描條帶的區(qū)分問題。然而，當前市面上的水下三維激光掃描系統(tǒng)并不具備多波段交叉線陣掃描的功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例的目的提供一種水下多波段交叉線陣激光三維掃描系統(tǒng)，該裝置利用水下成像儀獲取多波段線陣掃描圖像序列，并根據(jù)三角法測距原理計算目標物的三維空間坐標點云，從而復原目標物三維外形；根據(jù)同步測量的載體慣導，獲取水下成像儀所處空間位置、俯仰角；以解決現(xiàn)有存在的單線三維激光掃描運動方向三維激光掃描精度低、多線三維激光掃描激光線識別及數(shù)據(jù)提取困難的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明實施例是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種水下多波段交叉線陣激光三維掃描系統(tǒng)，包括：

載體，用于控制本系統(tǒng)在水下空間進行目標物體掃描，并獲取系統(tǒng)實時慣導數(shù)據(jù)；

水下激光發(fā)射單元，搭載在所述載體上，所述水下激光發(fā)射單元包括多個不同波段的線性激光器，各線性激光器發(fā)射的激光線兩兩交叉，與目標物表面形成多激光波段的交叉線陣；

水下成像儀，搭載在所述載體上，用于采集表面覆蓋所述交叉線陣的目標物的圖像序列；

控制單元，用于接收所述的慣導數(shù)據(jù)和所述的圖像序列，從所述圖像序列中提取交叉線陣坐標數(shù)據(jù)，再基于三角三測距原理，計算得到目標物交叉線陣上各點與水下成像儀的相對坐標，將所述慣導數(shù)據(jù)與所述相對坐標相結(jié)合，得到目標物表面交叉線陣的空間坐標。

進一步地，所述水下成像儀、水下激光發(fā)射單元平行安裝于支架上，所述支架安裝在載體上。

進一步地，所述水下成像儀包括成像儀密封艙以及安裝在成像儀密封艙內(nèi)的成像鏡頭、液晶可調(diào)諧濾光片、微光相機、對焦控制電路和集線器；所述成像鏡頭、液晶可調(diào)諧濾光片和微光相機依次布置在同一光軸上；微光相機、液晶可調(diào)諧濾光片和對焦控制電路均通過集線器與控制單元，對焦控制電路控制成像鏡頭進行對焦。

進一步地，所述成像鏡頭采用電動對焦鏡頭。