[发明专利]一种水下多波段交叉线阵激光三维扫描系统

说明书

本发明公开了一种水下多波段交叉线阵激光三维扫描系统，包括：载体，用于控制本系统在水下空间进行目标物体扫描，并获取系统实时惯导数据；水下激光发射单元，搭载在所述载体上，所述水下激光发射单元包括多个不同波段的线性激光器，各线性激光器发射的激光线两两交叉，与目标物表面形成多激光波段的交叉线阵；水下成像仪，搭载在所述载体上，用于采集表面覆盖所述交叉线阵的目标物的图像序列；控制单元，用于接收所述的惯导数据和所述的图像序列，从所述图像序列中提取交叉线阵坐标数据，再基于三角三测距原理，计算得到目标物交叉线阵上各点与水下成像仪的相对坐标，将所述惯导数据与所述相对坐标相结合，得到目标物表面交叉线阵的空间坐标。

技术领域

本发明涉及一种水下结构光三维扫描系统，特别是一种使用多波段交叉线阵激光进行水下目标物三维测量的扫描系统。

背景技术

水下激光三维扫描系统通常是由水下摄像机、水下线结构激光器、支架与载体构成。载体携带支架以及固定在支架上的水下摄像机与水下线结构激光器进行移动。激光器发射线结构光在目标物表面形成激光条带，通过水下摄像机记录激光条带的分布情况。将记录下的条带图像序列与自身位移数据相结合，可以复原出目标物三维图像。水下激光三维扫描可以实现高精度三维成像，适用于海底目标物精细扫描，因此被应用于海洋可靠，是一种实用的海洋地质勘探的工具。

随着海洋科考工作逐步推进，对于扫描精度的要求也不断提升，单纯利用单线扫描进行三维扫描会导致线上扫描点比较密集，空间分辨率较高，但是线与线之间空间分辨率较低。为更好解决单线扫描的运动方向分辨率较低、分辨率分布不均匀的问题，通过提出交叉扫描线阵和系统总体优化设计，提高扫描空间分辨率、姿扫描点空间分布均匀性。与此同时，不同扫描方向采用不同波段的激光，可以有效进行激光扫描条带的区分问题。然而，当前市面上的水下三维激光扫描系统并不具备多波段交叉线阵扫描的功能。

发明内容

本发明实施例的目的提供一种水下多波段交叉线阵激光三维扫描系统，该装置利用水下成像仪获取多波段线阵扫描图像序列，并根据三角法测距原理计算目标物的三维空间坐标点云，从而复原目标物三维外形；根据同步测量的载体惯导，获取水下成像仪所处空间位置、俯仰角；以解决现有存在的单线三维激光扫描运动方向三维激光扫描精度低、多线三维激光扫描激光线识别及数据提取困难的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例是通过以下技术方案实现的：一种水下多波段交叉线阵激光三维扫描系统，包括：

载体，用于控制本系统在水下空间进行目标物体扫描，并获取系统实时惯导数据；

水下激光发射单元，搭载在所述载体上，所述水下激光发射单元包括多个不同波段的线性激光器，各线性激光器发射的激光线两两交叉，与目标物表面形成多激光波段的交叉线阵；

水下成像仪，搭载在所述载体上，用于采集表面覆盖所述交叉线阵的目标物的图像序列；

控制单元，用于接收所述的惯导数据和所述的图像序列，从所述图像序列中提取交叉线阵坐标数据，再基于三角三测距原理，计算得到目标物交叉线阵上各点与水下成像仪的相对坐标，将所述惯导数据与所述相对坐标相结合，得到目标物表面交叉线阵的空间坐标。

进一步地，所述水下成像仪、水下激光发射单元平行安装于支架上，所述支架安装在载体上。

进一步地，所述水下成像仪包括成像仪密封舱以及安装在成像仪密封舱内的成像镜头、液晶可调谐滤光片、微光相机、对焦控制电路和集线器；所述成像镜头、液晶可调谐滤光片和微光相机依次布置在同一光轴上；微光相机、液晶可调谐滤光片和对焦控制电路均通过集线器与控制单元，对焦控制电路控制成像镜头进行对焦。

进一步地，所述成像镜头采用电动对焦镜头。