【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及全息图像处理，尤其涉及基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测系统及方法。
技术介绍
1、在海洋探测与开发过程中，水下三维成像技术能够从更直观与准确的角度对海洋环境进行还原重现，有效的提高探测开发的效率。使用rov进行海底巡航时，探测目标一般距离在1-10m内，此时三维成像可以比普通的二维成像提供更多的信息，辅助进行资源的探测、目标生物的高度测量等；
2、海洋环境的动态变化，包括海流、波浪和潮汐等自然现象，海流和波浪会导致水体运动，水下的三维成像技术与陆上同等距离的应用有诸多差异，现已应用在水下的光学三维成像技术有结构光法、激光测量法、立体视觉法、sfm法等，各种技术都得到了研究与使用。其中，立体视觉法与sfm法更适合短距离的水下成像，激光测量法对器件有较高的要求，基于结构光原理的激光线扫描技术能够在水下15m距离进行工作，结构简明稳定，成本较低，非常适合搭载水下行进装置，对地形或目标物进行高精度的扫描三维成像；
3、激光线扫描技术是结构光三维成像中的一种，它一般由激光器与摄像机构成，通过三角测量法来测量目标的距离与形状，使用此技术时，需要将激光器安装在平台或者船只上，由于海洋环境的动态变化，包括海流、波浪和湍流等自然现象，海流和波浪会导致水体运动，这种运动可能使激光扫描仪或平台、船只发生微小的移动或旋转，其中，平台或船只最先接触湍流等现象上的激光器会被影响，这种不稳定性会导致激光光束的发射和接收点发生偏移，造成测量数据与实际地形的不匹配，光束的抖动会增加，导致在接收器端的光斑扩大，降低信号
4、因此，为了解决上述不足之处，设计一种基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测系统及方法，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术克服了现有技术的不足，提供基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测系统及方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，包括以下步骤：
3、s1、位于测量平台上部署多个激光发生器和接收器，形成矩阵布局，以覆盖目标海底区域；
4、s2、以接收器接收从海底反射回来的激光束，自适应光学系统实时监测光束的波前畸变，同时全息成像系统记录光束特征信息；
5、s3、分析采集到的光束特征信息，提取光束的畸变信息，通过预测与调整算法，基于边缘激光发生器的光束畸变情况，预测湍流对其他内部激光发生器的影响，根据预测结果，调整内部激光发生器的参数和偏转角度；
6、s4、结合全息成像技术记录激光发生器的光束与海底地形相互作用后产生的光束特征信息，形成全息图像，并将全息图像数字化，从全息图像提取海底的地形特征信息，利用三维重建算法，结合光束分布和地形特征信息，生成海底地形的三维模型；
7、s5、持续监测海底地形的变化，通过实时采集和分析全息图像中记录的光束特征信息，更新海底地形的三维模型，根据实时监测结果，反馈调整激光发生器和接收器的参数，优化系统的测量精度和稳定性；
8、s6、建立数据管理系统，存储和管理采集到的激光束数据、三维模型以及实时监测结果，定期生成海底地形三维重建和实时监测报告。
9、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s1中，矩阵为，大小为，具体为，
10、。
11、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s2中，光束特征信息包括：振幅和相位信息。
12、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s3中，需要对光束特征信息预处理，包括降噪、滤波，以提高数据的准确性。
13、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s3中，以光束畸变信息，调整内部激光发生器的参数和偏转角度，包括以下步骤：
14、s31、自适应光学系统通过波前传感器来捕获矩阵边缘激光发生器光束受到湍流的振幅和相位信息；
15、s32、对光束的信息数据进行实时处理分析，以识别出波前畸变的类型和程度，并实时与预设的参考光束比较，确定实际光束与理想光束之间在一段时间中的波前畸变差值变量；
16、s33、建立数学模型，以光束波前畸变差值变量为特征量，结合矩阵中各个激光发生器光束之间的距离，作为输入量，输入数学模型中，得到与矩阵边缘激光发生器相邻激光发生器的偏转角度变量，预测湍流在一段时间内对矩阵内部激光发生器的影响；
17、s34、基于识别出的波前畸变差值变量和激光发生器的偏转角度变量，利用全息成像系统实时调整激光发生器的光束调整参数和激光发生器的角度，适应湍流出现的光束畸变和激光发生器的角度变化。
18、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s32中，需要对光束的信息数据进行滤波、拟合处理，以提取出畸变的特征。
19、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s32中，确定实际光束与理想光束之间的波前畸变差值变化的具体过程，对边缘激光发生器的波前畸变数据进行时间序列分析，具体为，为若干时间点，使用公式计算波前畸变差值，其中表示当前时间点的波前畸变值，表示理想光束的波前畸变值，得到在时刻的波前畸变差值。
20、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s33中，得到与矩阵边缘激光发生器相邻激光发生器的偏转角度，具体过程，在时间点得到的波前畸变差值，输入至公式，得到此时间点激光发生器的偏转角度，其中，表示时间点激光发生器偏转的角度；表示波数，与激光的波长有关，定义；表示波前畸变梯度的模。
21、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s4中，生成海底地形的三维模型，包括以下步骤：
22、s41、将全息成像技术记录的光束特征信息，用全息图像以光栅形式存储；
23、s42、将全息图像数字化处理，并将其转换为像素阵列，识别全息图像中的边缘、纹理和形状，提取出反映海底地形的起伏、结构和细节的地形特征信息，以及特征信息内的特征点；
24、s43、对全息图像进行数学分析和处理，以提取出相位信息，并将其转换为空间坐标，基于全息图像的干涉原理，得到每个特征点的三维坐标，利用点云处理算法，将全息图像中的特征信息和特征点生成点云数据，并结合光束分布和点云数据，构建出由三角面片组成的网格模型。
25、本专利技术一个较佳实施例中，在所述s5中，对全息图像进行数字化处理和傅里叶变换，提取出光束的相位和振幅分布。
26、本专利技术解决了
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术具备以下有益效果：
27、本专利技术提供了一种基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，通过部署多个激光发生器和接收器形成矩阵布局，有效减小了单一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S1中，矩阵为，大小为，具体为，
3.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S2中，光束特征信息包括：振幅和相位信息。
4.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S3中，需要对光束特征信息预处理，包括降噪、滤波，以提高数据的准确性。
5.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S3中，以光束畸变信息，调整内部激光发生器的参数和偏转角度，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S32中，需要对光束的信息数据进行滤波、拟合处理，以提取出畸变的特征。
7.根据权利要求5所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S3
8.根据权利要求7所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S33中，得到与矩阵边缘激光发生器相邻激光发生器的偏转角度，具体过程，在时间点得到的波前畸变差值，输入至公式，得到此时间点激光发生器的偏转角度，其中，表示时间点激光发生器偏转的角度；表示波数，与激光的波长有关，定义；表示波前畸变梯度的模。
9.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S4中，生成海底地形的三维模型，包括以下步骤：
10.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述S5中，对全息图像进行数字化处理和傅里叶变换，提取出光束的相位和振幅分布。
...【技术特征摘要】
1.基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述s1中，矩阵为，大小为，具体为，
3.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述s2中，光束特征信息包括：振幅和相位信息。
4.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述s3中，需要对光束特征信息预处理，包括降噪、滤波，以提高数据的准确性。
5.根据权利要求1所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述s3中，以光束畸变信息，调整内部激光发生器的参数和偏转角度，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于全息成像的海底地形三维重建与实时监测的方法，其特征在于：在所述s32中，需要对光束的信息数据进行滤波、拟合处理，以提取出畸变的特征。
7.根据权利要求5所述的基于全息成像的海底地形三维重建...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊小飞，郭卜瑜，李琳，
申请(专利权)人：国家海洋局南海环境监测中心中国海监南海区检验鉴定中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。