一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法，包括第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、控制单元、水下密封舱；第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器均与控制单元相连。本发明专利技术可用于近距离测距水下不同目标物的尺寸，有测距精度高的优点，且克服了传统水下三点激光测距存在俯仰角测距误差较大的缺点。差较大的缺点。差较大的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法


[0001]本专利技术涉及基于图像的水下测距的
，尤其涉及一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，水下目标物的尺寸信息通常使用船载多波速和近底AUV声学调查等手段来测距，这两种测距手段都是水下三点激光测距，主要针对规模尺寸较大的目标物，难以对直径一般仅为米
‑
亚米级的目标物进行有效识别。
[0003]但本申请专利技术人在实现本申请实施例中专利技术技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
[0004]1、难以有效识别直径一般仅为米
‑
亚米级的目标物；
[0005]2、传统水下三点激光测距俯仰角测距误差较大。

技术实现思路

[0006]本申请实施例通过提供一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法，解决了现有技术中传统水下三点激光测距俯仰角测距误差较大的问题，可用于近距离测距水下不同目标物的尺寸，有测距精度高的优点。
[0007]本申请实施例提供了一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：包括第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、控制单元、水下密封舱；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪分别用以获取各激光测距仪到目标物体的距离信息；所述水下广角相机用以拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像；所述第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器分别用以测距水下广角相机和第三激光测距仪、第四激光测距仪的三维姿态角信息；其中，
[0008]所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、水下密封舱均可拆卸地安装在一支架上；所述第三水下激光测距仪和第四水下激光测距仪分别安装在所述第一水下云台和所述第二水下云台上，并且所述第三水下激光测距仪和所述第四水下激光测距仪布置在所述第一水下激光测距仪与第二水下激光测距仪之间；所述第一姿态传感器可拆卸地安装在所述第三水下激光测距仪内部，所述第二姿态传感器可拆卸地安装在所述第四水下激光测距仪内部，所述第三姿态传感器可拆卸地安装在所述水下广角相机内部；所述控制单元设置在所述水下密封舱内；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器均与所述控制单元相连。
[0009]优选地，还包括安装在所述水下密封舱上的输出接口，所述输出接口与所述控制
单元相连，用以控制单元中测量结果的输出。
[0010]优选地，所述控制单元包括用以整个测距系统供电的电源模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、用以存储目标物体的高度与宽度尺寸结果的数据存储模块以及用以显示目标物体的尺寸信息值的显示模块；其中，
[0011]所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、数据采集模块、数据处理模块和显示模块的输入端均与所述控制模块的输出端相连；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器的输出端均与所述数据采集模块的输入端相连，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端相连，所述数据处理模块的输出端分别与所述显示模块和所述数据存储模块的输入端相连。
[0012]优选地，所述第一水下云台通过控制单元使第三水下激光测距仪的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。
[0013]优选地，所述第二水下云台通过控制单元使第四水下激光测距仪的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。
[0014]优选地，所述第一水下激光测距仪与所述第二水下激光测距仪的中轴线平行。
[0015]优选地，所述第三水下激光测距仪与所述第一水下云台的中轴线平行。
[0016]优选地，所述第四水下激光测距仪与所述第二水下云台的中轴线平行。
[0017]一种基于图像的水下四点激光测距方法，其特征在于，采用上述所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，包括如下步骤：
[0018]步骤S1、所述控制模块控制第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪打开激光，控制模块控制第一水下云台和第二水下云台分别调整第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪与第一水下激光测距仪和第二水下激光测距仪之间的垂直角度，使得第三水下激光测距仪和第四水下激光测距仪的激光光斑位于目标物体上的合适位置，且四个激光光斑同时位于目标物体上，第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪分别测距出其自身与目标物体间的距离，分别标记为L1、L2、L3和L4；水下激光测距仪与目标物体间的距离L的通用计算公式如下(1)所示：
[0019][0020]其中，f
s1
和f
s2
为两次发射激光的频率；当发射激光频率为f
s1
时，为发射激光相位与反射激光相位的相位差；当发射激光频率为f
s2
时，为发射激光相位与反射激光相位的相位差；c为真空中光速，n为纯水中光的折射率，a与b为测距矫正系数；
[0021]步骤S2、所述水下广角相机拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像，再将图像信息传输到数据处理模块，通过图像衰减补偿校正算法消除图像的畸变，根据目标物体的形貌、颜色特征从图像信息中自动识别出l1、l2、l3、l4、l5，其中l1为图像信息中第一水下激光测距仪出射光斑与第二水下激光测距仪出射光斑的水平像素距离，l2为图像信息中第三水下激光测距仪出射光斑与第一水下激光测距仪出射光斑和第二水下激光测距仪出射
光斑之间连线的垂直像素距离，l3为图像信息中第四水下激光测距仪出射光斑与第一水下激光测距仪出射光斑和第二水下激光测距仪出射光斑之间连线的垂直像素距离，l4为图像信息中目标物体的宽度像素差距离，l5为图像信息中目标物体的高度像素差距离；
[0022]步骤S3、所述第一姿态传感器、第二姿态传感器和第三姿态传感器分别测距第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪和水下广角相机的三维姿态角信息η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，其中η1、β1、δ1分别为第三水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角，η2、β2、δ2分别为第四水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角，η3、β3、δ3分别为水下广角相机的俯仰角、横滚角和航向角；测试中第一水下云台、第二水下云台只改变水下广角相机的俯仰角、横滚角和航向角，第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角η1、β1、δ1，η2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：包括第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、控制单元、水下密封舱；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪分别用以获取各激光测距仪到目标物体的距离信息；所述水下广角相机用以拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像；所述第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器分别用以测距水下广角相机和第三激光测距仪、第四激光测距仪的三维姿态角信息；其中，所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、水下密封舱均可拆卸地安装在一支架上；所述第三水下激光测距仪和第四水下激光测距仪分别安装在所述第一水下云台和所述第二水下云台上，并且所述第三水下激光测距仪和所述第四水下激光测距仪布置在所述第一水下激光测距仪与第二水下激光测距仪之间；所述第一姿态传感器可拆卸地安装在所述第三水下激光测距仪内部，所述第二姿态传感器可拆卸地安装在所述第四水下激光测距仪内部，所述第三姿态传感器可拆卸地安装在所述水下广角相机内部；所述控制单元设置在所述水下密封舱内；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器均与所述控制单元相连。2.根据权利要求1所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：还包括安装在所述水下密封舱上的输出接口，所述输出接口与所述控制单元相连，用以控制单元中测量结果的输出。3.根据权利要求1或2所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述控制单元包括用以整个测距系统供电的电源模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、用以存储目标物体的高度与宽度尺寸结果的数据存储模块以及用以显示目标物体的尺寸信息值的显示模块；其中，所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、数据采集模块、数据处理模块和显示模块的输入端均与所述控制模块的输出端相连；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器的输出端均与所述数据采集模块的输入端相连，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端相连，所述数据处理模块的输出端分别与所述显示模块和所述数据存储模块的输入端相连。4.根据权利要求3所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第一水下云台通过控制单元使第三水下激光测距仪的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。5.根据权利要求4所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第二水下云台通过控制单元使第四水下激光测距仪的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。6.根据权利要求1所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第一水下激光测距仪与所述第二水下激光测距仪的中轴线平行。
7.根据权利要求1所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第三水下激光测距仪与所述第一水下云台的中轴线平行。8.根据权利要求1所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第四水下激光测距仪与所述第二水下云台的中轴线平行。9.一种基于图像的水下四点激光测距方法，其特征在于，采用如权利要求5～8任一项所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，包括如下步骤：步骤S1、所述控制模块控制第一水下...

【专利技术属性】
技术研发人员：季长炳，张娜丽，
申请(专利权)人：灵动智能光学杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：