【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学设备，尤其涉及一种基于双目结构光的水下移动稠密建图平台及建图方法。
技术介绍
1、近年来，水下机器人被广泛应用于水下作业，如水下管道监测、水下缺陷检测、水下结构物检查和水下考古。通过获取水下场景的三维信息，机器人可以更好地完成这些任务。因此，水下三维重建具有重要的研究意义。然而，由于光衰减、粒子散射、折射效应、水流运动等原因，水下密集重建研究极具挑战性。目前，水下重构主要分为基于声学和视觉测量的两种方法。
2、常见的声学传感设备是声纳，主要包括侧扫声纳、多波束声纳、合成孔径声纳等，适合远距离测量。然而，由于混响和全反射等现象，声纳的测量精度较低，不适合高精度的密集重建。另外，声呐的价格及其高昂，不适合低成本开发。视觉作为一种廉价但非常有效的重建方式，在陆地上的许多领域都发挥着重要作用，如室内场景重建。然而，在水下领域，不同波长的色光在水中的衰减程度不同。相机成像经常会出现模糊和色彩不均的现象。通常还需要进行其他操作，如图像增强。然而，图像增强只适用于部分色光衰减的场景。在浑浊的水域或昏暗的场景中，这种方法并不奏效。幸运的是，利用激光在水中的高穿透力，以结构光系统为代表的主动视觉三维建图方法具有很强的环境适应性，已被证明更适合水下环境。
3、尽管已有一些研究依赖结构光系统实现了水下环境的稠密三维重建，但这些平台主要固定在静止支架上，不具备自主运动能力，这在一些开放性水域存在极大的作业局限性。通过将结构光系统与水下机器人系统结合，可以使得结构光系统具有移动能力，实现可移动重建。但是，目前已有
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于双目结构光的水下移动稠密建图平台及建图方法，用以解决现有技术中重建平台在不依赖昂贵的外部传感器的前提下，重建精度低的缺陷。
2、本专利技术提供一种基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，包括：运动系统和测量系统，所述测量系统搭载于所述运动系统的下方，所述测量系统包括：双目图像获取单元，用于获取线激光的双目图像；处理单元，用于将所述双目图像生成三维点云；惯性传感器，用于获取所述运动系统的姿态数据；其中，所述处理单元还用于根据所述姿态数据对所述三维点云进行运动畸变矫正，以得到所述运动系统的估计位姿，所述处理单元还用于获取关键帧的三维点云，并将所述关键帧的三维点云利用相应的所述估计位姿转换至起始坐标系中，得到稠密点云的重建。
3、根据本专利技术提供的一种基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，所述双目图像获取单元包括：线激光发射器，用于发出线激光；振镜组件，用于对所述线激光进行反射；第一相机和第二相机，分别设置于所述振镜组件的两侧，所述第一相机用于采集所述线激光的第一图像，所述第二相机用于采集所述线激光的第二图像，所述第一图像与所述第二图像拼接得到所述双目图像。
4、根据本专利技术提供的一种基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，所述双目图像获取单元还包括：单片机，用于发出三角波信号；信号放大器，用于对所述三角波信号进行放大，所述三角波信号放大后输入至所述振镜组件。
5、根据本专利技术提供的一种基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，还包括供电系统，所述供电系统用于为所述测量系统供电。
6、本专利技术还提供一种基于上述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台的建图方法，包括：获取线激光的双目图像，将所述双目图像生成三维点云；获取运动系统的姿态数据，基于所述姿态数据对所述三维点云进行运动畸变矫正，得到所述运动系统的估计位姿；获取关键帧的三维点云，并将所述关键帧的三维点云利用相应的所述估计位姿转换至起始坐标系中，得到稠密点云的重建。
7、根据本专利技术提供的一种建图方法，所述获取线激光的双目图像，将所述双目图像生成三维点云的步骤进一步包括：对所述双目图像进行图像处理，得到激光线。
8、根据本专利技术提供的一种建图方法，所述获取线激光的双目图像，将所述双目图像生成三维点云的步骤还包括：获取一条激光线的第一线点云和一帧图像内多条激光线的多条所述第一线点云。
9、根据本专利技术提供的一种建图方法，所述获取运动系统的姿态数据，基于所述姿态数据对所述三维点云进行运动畸变矫正，得到所述运动系统的估计位姿的步骤进一步包括：基于所述姿态数据，将一帧图像内的多条所述第一线点云的坐标转换至第一条第一线点云所处的坐标系中，得到多条第二线点云，将多条所述第二线点云拼接，得到第一面点云。
10、根据本专利技术提供的一种建图方法，所述获取运动系统的姿态数据，基于所述姿态数据对所述三维点云进行运动畸变矫正，得到所述运动系统的估计位姿的步骤还包括：利用点云匹配算法得到所述运动系统在两个时刻之间的相对位姿运动，以得到所述估计位姿。
11、根据本专利技术提供的一种建图方法，所述获取关键帧的三维点云，并将所述关键帧的三维点云利用相应的所述估计位姿转换至起始坐标系中，得到稠密点云的重建的步骤进一步包括：在所述运动系统运动距离超过预设值时，获取双目图像的第二面点云；将所述第二面点云利用相应的估计位姿转换至所述第一面点云所处的坐标系中，得到第三面点云；将多个所述第三面点云拼接，得到稠密点云。
12、本专利技术提供的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，通过设置双目图像获取单元、处理单元和惯性传感器，可对三维点云的运动畸变进行矫正，在不使用外部航迹推算传感器，尤其是昂贵的声学传感器的情况下，即可保证稠密点云重建的精度，极大地降低了开发成本，同时，基于双目结构光的三维重建原理，可以有效适应弱光线、低纹理的水下场景，在实际场景中具有更加鲁棒的应用价值。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，其特征在于，包括：运动系统和测量系统，所述测量系统搭载于所述运动系统的下方，所述测量系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，其特征在于，所述双目图像获取单元包括：
3.根据权利要求2所述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，其特征在于，所述双目图像获取单元还包括：
4.根据权利要求1所述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，其特征在于，还包括供电系统，所述供电系统用于为所述测量系统供电。
5.一种基于权利要求1-4中任一项所述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台的建图方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的建图方法，其特征在于，所述获取线激光的双目图像，将所述双目图像生成三维点云的步骤进一步包括：
7.根据权利要求6所述的建图方法，其特征在于，所述获取线激光的双目图像，将所述双目图像生成三维点云的步骤还包括：
8.根据权利要求7所述的建图方法，其特征在于，所述获取运动系统的姿态数据，基于所述姿态数据对所
9.根据权利要求5所述的建图方法，其特征在于，所述获取运动系统的姿态数据，基于所述姿态数据对所述三维点云进行运动畸变矫正，得到所述运动系统的估计位姿的步骤还包括：
10.根据权利要求8所述的建图方法，其特征在于，所述获取关键帧的三维点云，并将所述关键帧的三维点云利用相应的所述估计位姿转换至起始坐标系中，得到稠密点云的重建的步骤进一步包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，其特征在于，包括：运动系统和测量系统，所述测量系统搭载于所述运动系统的下方，所述测量系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，其特征在于，所述双目图像获取单元包括：
3.根据权利要求2所述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，其特征在于，所述双目图像获取单元还包括：
4.根据权利要求1所述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台，其特征在于，还包括供电系统，所述供电系统用于为所述测量系统供电。
5.一种基于权利要求1-4中任一项所述的基于双目结构光的水下移动稠密建图平台的建图方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的建图方法，其特征在于，所述获取线激光的双目图像，...
【专利技术属性】
技术研发人员：周超，欧亚明，范俊峰，张灼亮，朱春晖，邹茜茜，范绪青，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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