[發明專利]基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法

在審

• 申請號: 202211420179.7
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115755071A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 何林幫;邱振戈;黃庚華
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01S17/06
• 分類號: G01S17/06;G01S17/87;G01S15/88;G01C21/16;G01C21/08
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)研究光子計數激光雷達掃描系統結構，以及研究母船超短基線和潛水器信標的動態幾何關系，構建WGS84空間直角坐標系下激光雷達水下測深點坐標的計算模型，并實現相鄰條帶激光點云的拼接；

(2)顧及潛水器姿態變化，在聲線跟蹤模型、母船超短基線與潛水器信標之間幾何關系的基礎上，構建WGS84空間直角坐標系下多波束聲吶測深點坐標的計算模型；

(3)利于Z分數對激光雷達和多波束散射強度數據進行歸一化，并在近同名規則下，對激光雷達測深點和多波束聲吶測深點進行融合處理，構建融合后的海底地形地貌圖；

(4)提出深海功能聯用成像光譜儀研制方案及其探測方法；

(5)通過海底三維地形建立模型、渲染技術以及雙目立體成像技術，構建深海目標測區的VR環境。

2.如權利要求1所述的基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法，其特征在于，步驟(1)中所述相鄰條帶激光點云的拼接包括以下步驟：

1)激光雷達掃描系統結構分析；

2)激光掃描參考坐標系及其過渡坐標系的建立；

3)激光掃描參考坐標系下反射光線與反射鏡法線向量的關系建立；

4)激光掃描參考坐標系下水下測深點坐標計算；

5)潛水器信標基陣坐標系下激光水下測深點坐標計算；

6)潛水器信標基陣與母船超短基線中心幾何關系建立；

7)潛水器信標基陣在WGS84空間直角坐標系下的坐標計算；

8)激光水下測深點歸位到WGS84空間直角坐標系中；

9)基于直線Plücker坐標描述規則的相鄰條帶激光點云拼接。

3.如權利要求1所述的基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法，其特征在于，步驟(2)中所述構建WGS84空間直角坐標系下多波束聲吶測深點坐標的計算模型，包括以下步驟：

1)顧及潛水器姿態的變化，計算多波束聲吶波束初始入射角；

2)建立聲線跟蹤模型；

3)計算換能器坐標系下波束腳印的坐標；

4)波束腳印坐標歸位到潛水器信標基陣坐標系中；

5)建立潛水器信標基陣和母船超短基線之間的幾何關系；

6)將波束腳印坐標歸位到WGS84空間直角坐標系中。

4.如權利要求1所述的基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法，其特征在于，步驟(3)中所述激光雷達測深點和多波束聲吶測深點進行融合處理，構建融合后的海底地形地貌圖，包括以下步驟：

1)利于Z分數對激光雷達和多波束散射強度數據進行歸一化；

2)Z分數與灰度值的轉換；

3)近同名點的激光雷達和多波束聲吶點云合并；

4)地理編碼；

5)圖像重采樣。

5.如權利要求1所述的基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法，其特征在于，步驟(4)中所述深海功能聯用成像光譜儀研制方案及其探測技術，包括以下步驟：

1)從參數仿真分析、總體方案設計、單元方案設計、樣機研制和實驗驗證五個方面確定成像光譜儀的研制方案；

2)開展三波長拉曼與熒光聯用的探測技術、雙目視覺成像技術、高精度原位測量定位技術、探頭分離技術四個方面的研究工作；

3)開展深海物質拉曼與熒光光譜復用探測識別技術研究工作；

4)開展深海高精度成像定位與光譜測量誤差標定技術研究工作。

6.如權利要求1所述的基于聲光遙感和VR技術的深海原位精細探測框架設計方法，其特征在于，步驟(5)中所述構建深海目標測區的VR環境，包括以下步驟：

1)基于不完全二叉樹的動態分塊與合并機制，建立整個測區的TIN海底地形模型；

2)基于HSL顏色模型的海底地形多色漸變渲染技術，對海底不同深度的地形進行渲染；

3)提出雙目立體成像方法；

4)融合海底三維地形模型和探測目標雙目立體成像模型的虛擬環境構建。