[发明专利]一种水下测量的设备与水下测量方法

说明书

本发明涉及一种水下测量的设备与水下测量方法，该方法包括：数据准备、目标距离测量和目标尺寸测量。在数据准备阶段，首先在水中利用光学相机检测四束激光的光斑；然后根据四点光斑的位置对有角度偏转的图像进行校正；最后以四个光斑之间的像素作为输入，真实距离为标签，建立距离与像素之间的映射关系，构成数据集；在距离测量阶段，基于获得的数据集，建立幂函数回归模型实现测距；在目标尺寸测量阶段，基于图像人工辅助标记和小孔成像原理，测量目标尺寸大小，实现图像比例尺。本发明能够用于水下距离和目标尺寸测量，且无论目标是否有角度偏转；基于图像的激光测量方法，具有测量速度快，精度高，性能稳定等优点。

技术领域

本发明涉及水下视觉和水下测量领域，具体而言是一种通过分析水下激光图像，对水下目标的距离和尺寸进行精确测量的方法。

背景技术

水下目标测量在海下目标勘察、海洋资源勘探以及水下机器人联合作业等领域具有广泛的应用需求。目前，在水下目标距离和尺寸测量方法常用的技术手段主要由声学手段和光学手段两种。

声学手段主要利用声学多波束回波探测的方法实现目标的距离和尺寸测量，这种方法在水下的作用距离长，然而受水体环境和水下地形地貌等因素的影响，测量精度有限。

光学测量的方法主要包括水下多目视觉以及水下激光测量。其中，多目测量是通过多个相机形成水下目标的三维图像，完成目标距离和尺寸的测量。受水下光学衰减的影响，这种方法的测量距离较近。水下激光测量的方法是通过在水中发射激光光束，以激光光束作为标尺，通过相机观察激光光斑在目标区域几何尺寸和形状的变化，完成目标距离和尺寸的测量。目前常用的激光测量方法包括两点激光、三点激光等。其中两点激光是通过相机观察两束平行激光在目标区域形成的光斑大小，实现距离和目标物一维信息的测量。三点激光测量是通过观察三束激光在远处的光斑，实现目标距离和平面二维尺度的测量，然而当目标物存在未知偏振角度时，这种方法的测量误差会急剧劣化。针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的要解决的第一个技术问题是：提供一种用于水下测量的设备.

要解决的第二个技术问题是：提供一种测量准确性高的水下测量方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：种水下测量的设备，包括壳体，密封在壳体内的控制与分析单元、相机和四个激光器，且所述相机光轴方向和四个激光器所发激光的方向平行；所述壳体上具有相机拍摄和四个激光器所发激光透出的透明区域；所述控制与分析单元用于控制激光器发射激光，获取相机影像并分析目标物体的距离和二维尺寸；所述相机用于获取目标区域中的激光光斑影像；所述四个激光器用于在测量目标区域形成四个激光光斑。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用如下技术方案：一种水下测量方法，采用上述的水下测量的设备，所述测量步骤包括：

S100：数据准备

S110：控制与分析单元控制四个激光器发射激光，相机进行拍摄，控制与分析单元对拍摄的激光光斑图像进行光斑检测，具体描述如下：

S111：检测范围设定，根据光斑颜色进行阈值分割得到二值图像，将所得二值图像中轮廓的最小外接矩形即为检测范围；

S112：检测光斑位置确定，在检测范围内获取灰度最大的四个位置设为四个激光光斑所在位置；

S120：相机标定，在同样的水质环境中拍摄N张棋盘格图像，基于张正友棋盘格标定法标定水下相机，确定水下相机的内参矩阵mtx和畸变系数dst，如下所示：

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