[发明专利]卵石床面水下图像的采集装置

权利要求书

1.一种卵石床面水下图像的采集装置，其特征在于，包括：

相机，用于拍摄卵石床面的水下图像序列；

纵向模组，包括沿顺水流方向或目标区域水面长度方向水平放置在目标区域水面两侧的纵向滑轨和设置于所述纵向滑轨上且可其移动的纵向滑块，规定沿所述纵向滑轨的轴向为X轴方向；

横向模组，包括沿垂直水流方向或沿目标区域水面宽度方向水平放置的横向滑轨和设置于所述横向滑轨上且可沿其移动的横向滑块，所述横向滑轨的端部与所述纵向滑块连接，通过所述纵向模组改变所述横向滑轨沿X轴方向的位置，规定沿所述横向滑轨的轴向为Y轴方向；

垂向模组，包括与所述横向滑块并随其运动的垂向滑轨、设置于所述垂向滑轨上且可沿其移动的垂向滑块和与所述垂向滑块连接并随其运动的支架，所述支架的末端安装有用于固定所述相机的云台；

控制点，布设在目标区域水面的两侧，包括上表面绘有规则几何图案且坡度保持水平的平板，所述几何图案具有明确的中心点位置，将该中心点位置定义为控制点的坐标，要求每张卵石床面的水下图像中最少能拍到2个所述控制点；和

控制模块，用于控制所述纵向模组、所述横向模组和所述垂向模组的运动方式以及运动速度和目标位置，并控制所述相机的拍摄参数和接收所述相机拍摄的水下图像序列；具体地，控制模块通过垂向模块调整相机的高度，调整过程如下：

使相机的感光元件的长度方向沿Y轴方向、宽度方向沿X轴方向布置，然后使相机处于某一设计高度H，再根据相机的感光元件尺寸、相机焦距和该某一设计高度H计算每张卵石床面的水下图像覆盖的实际空间尺寸，计算公式如下：

其中，L和W分别为单张卵石床面的水下图像长度方向和宽度方向对应的实际空间尺寸，l_c和w_c分别为相机感光元件的长度和宽度，h为像距，f为焦距；

若相机处于设计高度H拍摄的图像同时满足以下三个要求：①满足图像采集的空间分辨率要求，②每个控制点的中心点清晰可见，③目标区域的水面宽度在单张卵石床面的水下图像中不应超过设定阈值；则确定相机的高度为H，否则，调整相机的高度，直至同时满足上述三个要求；所述图像采集的空间分辨率Res按照下式计算得到：

其中，l_p为单张相机图像长度方向的像素数量；

控制模块控制横向模组和纵向模组以逐横断面扫描的方式拍摄水下图像序列，具体操作如下：

由控制模块控制横向模组使相机移动到目标区域水面的最上游横断面附近；针对每个横断面，采集过程中固定相机的焦距，且相机的镜头朝向与水面垂直，通过控制纵向模组使相机以固定间隔L_Y从横断面一侧向该横断面另一侧运动，每运动完一个固定间隔L_Y后使相机停下拍摄清晰图像，然后使相机运动下一个固定间隔L_Y，依次类推，直至拍摄完一个横断面，然后通过控制纵向模组使相机沿X轴方向移动固定间距L_X，开始测量下一个横断面，其中，相机开始拍摄的横断面位置X₁及结束拍摄的横断面位置X_n应满足：X₁≤X_min，X_max≤X_n，X_min和X_max分别为目标区域水面沿X轴方向的最小值和最大值，n为横断面个数；最后控制模块将相机拍摄的全部图像组成所述卵石床面的水下图像序列。

2.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，根据X轴和Y轴方向相邻图像的重叠面积要求确定相机沿X轴方向移动的固定间隔L_X和沿Y轴方向移动的固定间隔L_Y。

3.根据权利要求2所述的采集装置，其特征在于，按照下式确定相机移动的固定间隔L_X：

L_X≤(1-O_X)W

其中，O_X为X轴方向相邻图像的重叠度要求，W分别为单张卵石床面的水下图像宽度方向对应的实际空间尺寸。