[發明專利]一種水下測量的設備與水下測量方法

有效

• 申請號: 202110542914.0
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113137920B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 楊夢寧;韓彪;張兵;李小斌;陳開潤;何鑫;汪涵;向剛;李亞濤
• 申請（專利權）人: 重慶大學;西安電子科技大學;中國科學院深海科學與工程研究所;重慶米弘科技有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/02;G06T5/00;G06T7/136;G06T7/80;G06T7/90
• 代理公司: 重慶晟軒知識產權代理事務所(普通合伙) 50238
• 代理人: 王海鳳

本發明涉及一種水下測量的設備與水下測量方法，該方法包括：數據準備、目標距離測量和目標尺寸測量。在數據準備階段，首先在水中利用光學相機檢測四束激光的光斑；然后根據四點光斑的位置對有角度偏轉的圖像進行校正；最后以四個光斑之間的像素作為輸入，真實距離為標簽，建立距離與像素之間的映射關系，構成數據集；在距離測量階段，基于獲得的數據集，建立冪函數回歸模型實現測距；在目標尺寸測量階段，基于圖像人工輔助標記和小孔成像原理，測量目標尺寸大小，實現圖像比例尺。本發明能夠用于水下距離和目標尺寸測量，且無論目標是否有角度偏轉；基于圖像的激光測量方法，具有測量速度快，精度高，性能穩定等優點。

技術領域

本發明涉及水下視覺和水下測量領域，具體而言是一種通過分析水下激光圖像，對水下目標的距離和尺寸進行精確測量的方法。

背景技術

水下目標測量在海下目標勘察、海洋資源勘探以及水下機器人聯合作業等領域具有廣泛的應用需求。目前，在水下目標距離和尺寸測量方法常用的技術手段主要由聲學手段和光學手段兩種。

聲學手段主要利用聲學多波束回波探測的方法實現目標的距離和尺寸測量，這種方法在水下的作用距離長，然而受水體環境和水下地形地貌等因素的影響，測量精度有限。

光學測量的方法主要包括水下多目視覺以及水下激光測量。其中，多目測量是通過多個相機形成水下目標的三維圖像，完成目標距離和尺寸的測量。受水下光學衰減的影響，這種方法的測量距離較近。水下激光測量的方法是通過在水中發射激光光束，以激光光束作為標尺，通過相機觀察激光光斑在目標區域幾何尺寸和形狀的變化，完成目標距離和尺寸的測量。目前常用的激光測量方法包括兩點激光、三點激光等。其中兩點激光是通過相機觀察兩束平行激光在目標區域形成的光斑大小，實現距離和目標物一維信息的測量。三點激光測量是通過觀察三束激光在遠處的光斑，實現目標距離和平面二維尺度的測量，然而當目標物存在未知偏振角度時，這種方法的測量誤差會急劇劣化。針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的要解決的第一個技術問題是：提供一種用于水下測量的設備.

要解決的第二個技術問題是：提供一種測量準確性高的水下測量方法。

為解決上述第一個技術問題，本發明采用如下技術方案：種水下測量的設備，包括殼體，密封在殼體內的控制與分析單元、相機和四個激光器，且所述相機光軸方向和四個激光器所發激光的方向平行；所述殼體上具有相機拍攝和四個激光器所發激光透出的透明區域；所述控制與分析單元用于控制激光器發射激光，獲取相機影像并分析目標物體的距離和二維尺寸；所述相機用于獲取目標區域中的激光光斑影像；所述四個激光器用于在測量目標區域形成四個激光光斑。

為解決上述第二個技術問題，本發明采用如下技術方案：一種水下測量方法，采用上述的水下測量的設備，所述測量步驟包括：

S100：數據準備

S110：控制與分析單元控制四個激光器發射激光，相機進行拍攝，控制與分析單元對拍攝的激光光斑圖像進行光斑檢測，具體描述如下：

S111：檢測范圍設定，根據光斑顏色進行閾值分割得到二值圖像，將所得二值圖像中輪廓的最小外接矩形即為檢測范圍；

S112：檢測光斑位置確定，在檢測范圍內獲取灰度最大的四個位置設為四個激光光斑所在位置；

S120：相機標定，在同樣的水質環境中拍攝N張棋盤格圖像，基于張正友棋盤格標定法標定水下相機，確定水下相機的內參矩陣mtx和畸變系數dst，如下所示：

dst[k1，k2，k3，p1，p2]＝[0.0909，-0.1621，0.0059，0.0016，0.1469] (2)