[发明专利]一种基于计算机视觉的水下激光基准线测量系统

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉和水下工程技术领域，具体涉及水下结构物的计算机视觉 识别测量。

背景技术

重力式码头是我国分布较广，使用较多的一种码头结构形式，主要形式有方块结 构与沉箱结构。其中，方块结构式码头一般采用预制的大型混泥土方块作为基本构件，块体 在预制场预制，然后运到现场进行安装。方块的安装精度和效率直接影响整个方块码头建 设的质量和进度。

目前，在重力式方块码头建设中，有几种传统的方块安装测量定位方法：水下基准 线法、前沿参照物控制法、水上基准线法、延伸线定位法和测量架（杆）定位法。前四种方法 均为物理接触法，需配合的人员及船机较多，投入较大，效率低下，且水面吊装指挥员只能 通过水下对讲机与潜水员语音沟通来获取水下方块的位置信息，施工质量无法得到有效监 督。在此需求上，进一步发展出第五种方法——测量架定位法，即在方块的角点上各设置一 个高出水面的沿伸架（杆），架顶端安装信号发射器，水面接收器通过接收不同杆头发出的 位置信号来确定水下方块的平面位置，但该方法有很强局限性——仅适用于深度5米以下 的浅水区作业，对于水深较深的基底方块的安装，则仍需采用前述定位方法。

发明内容

鉴于目前水下方块安装情况，在传统方块安装定位方法的基础上，本文提出了一 种基于计算机视觉的水下激光基准线测量系统，用激光光线替代传统方法中的物理实体准 线，并且通过水下摄像头所采集的实时画面，利用计算机视觉软件识别画面中的图像特征， 计算出方块的实际位置，为水面吊装指挥员提供精确的修正数据，从而指导方块调位。

本发明由水面控制主机、搭载计算机视觉软件的工程计算机、水下摄像机、水下补 光灯、水下双联激光器（作比例尺用）、水下基准线激光器、激光靶尺、测量台架和水密电缆 等部分组成。

优选地，所述水下摄像机采用广角镜头，外壳采用钛合金材料，具有较强的抗海水 腐蚀能力，并且所述水下摄像机可承受最大水深300米的水压；

优选地，所述水下补光灯外壳采用钛合金材料，防止海水腐蚀，光照强度及光照角度可 调节，以适应水下不同的补光需求；

优选地，所述激光靶尺采用特制不锈钢材料，其表面经化学处理为黑色，减弱激光反射 效果，防止眩光出现，干扰计算机视觉软件的图像特征提取与识别；

优选地，所述水下双联激光器采用红色激光激发器，投射红色激光柱到激光靶尺上，光 斑中心距固定，为计算机视觉软件算法处理提供比例尺。其外壳采用钛合金材料，具备较强 的抗海水腐蚀能力，并且耐压设计使其可承受最大水深1500米的水压。

优选地，所述水下基准线激光器采用大功率绿色激光激发器，保证远距离的衰减 后，激光在靶尺上的投射光斑仍能为计算机视觉软件所识别。其外壳采用钛合金材料，具备 较强的抗海水腐蚀能力，并且耐压设计使其可承受最大水深1500米的水压。

优选地，所述水面控制主机可同时控制两套水下激光器及水下摄像机的启闭，控 制水下补光灯的亮度强弱，同时，将水下摄像头采集的图像信号数据打包处理后传输给搭 载计算机视觉软件的工程计算机做进一步处理。

优选地，所述搭载计算机视觉软件的工程计算机，接收从水面控制主机发来的视 频信号，经计算机视觉软件进行图像预处理、特征提取等算法处理后，给出方块当前实时位 置参数，并且将画面输出至显示屏，供水面调控人员参考。

优选地，所述测量台架采用不锈钢材料，其作用在于集成安装水下摄像机、水下双 联激光器、水下补光灯、激光靶尺等附件，并且根据测量位置的实际情况，快速调整水下补 光灯的角度及水下摄像机的视野大小，更好地获取被测方块特征。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有 益效果：

本发明采用的激光准线简化了传统实体基准线布置时的繁琐程序，同时克服了传统实 体基准线由于长度过大而产生的绕度，以及水流影响下左右摆动的问题。另外，本系统通过 水密电缆将水下画面实时传输至水面控制主机，不仅可利用精确的计算机视觉软件识别并 计算得出待测物体的位置参数，而且水面指挥员能够通过实时画面方便高效地监督水下施 工质量，实现水下吊装过程的可视化、数据化操作。

附图说明

图1是本发明实施例中水下方块安装测量时，测量台架部分及激光基准线发射器 布置示意图。