一种用于水下目标物尺寸测量的原位激光-图像融合测量系统的制作方法

本实用新型涉及一种激光-图像融合测量系统，特别是一种用于水下目标物尺寸测量的原位激光-图像融合测量系统。

背景技术：

水下目标物的尺寸信息通常可以使用船载多波速和近底AUV声学调查等手段来测量，这两种测量手段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。

技术实现要素：

本实用新型克服了普通小规模水下目标物尺寸测量误差大的缺点，提供了一种用于水下目标物尺寸测量的原位激光-图像融合测量系统，该系统采用光学探测手段(如水下光学)可以直观、详细地提供水下目标物的形态特征，原位激光-图像融合测量系统可搭载于载人深潜器和ROV上，用于水下近距离目标物几何尺寸的原位、快速、精确、低成本测量。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种用于水下目标物尺寸测量的原位激光-图像融合测量系统，用于测量目标物体的尺寸信息，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、水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、控制单元、支架、水下密封舱；其中，所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、水下云台、水下广角相机、水下密封舱均可拆卸地安装在支架上；所述第一水下激光测距仪与第二水下激光测距仪的中轴线平行；所述第三水下激光测距仪可拆卸地安装在水下云台上，第三水下激光测距仪与水下云台的中轴线平行；所述第一姿态传感器可拆卸地安装于第三水下激光测距仪内部，第二姿态传感器可拆卸地安装于水下广角相机内部；第三水下激光测距仪布置在第一水下激光测距仪与第二水下激光测距仪之间；所述控制单元设置在水下密封舱内；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、水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器和第二姿态传感器均与控制单元相连。

进一步的，所述控制单元与输出接口相连，所述输出接口安装在水下密封舱上。

进一步的，所述控制单元包括电源模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块；所述电源模块为原位激光-图像融合测量系统供电；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、水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、数据采集模块、数据处理模块和显示模块输入端均与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、水下广角相机、第一姿态传感器和第二姿态传感器的输出端均与数据采集模块的输入端相连，数据采集模块的输出端与数据处理模块的输入端相连，数据处理模块的输出端分别与显示模块和数据存储模块的输入端相连。

本实用新型的有益效果是：该系统采用光学探测手段(如水下光学)可以直观、详细地提供水下目标物的形态特征，原位激光-图像融合测量系统可搭载于载人深潜器和ROV上，用于水下近距离目标物几何尺寸的原位、快速、精确、低成本测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型控制单元的结构框图；

图中，第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2、第三水下激光测距仪3、水下云台4、水下广角相机5、第一姿态传感器6、第二姿态传感器7、控制单元8、支架9、目标物体10、水下密封舱11、输出接口12。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型可用于近距离测量水下目标物的尺寸信息，如海底热液硫化物烟囱体几何尺寸的原位、快速、精确、低成本测量，同时可用于硫化物资源量大规模的准确估算。

如图1所示，本实用新型的用于水下目标物尺寸测量的原位激光-图像融合测量系统，包括第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2、第三水下激光测距仪3、水下云台4、水下广角相机5、第一姿态传感器6、第二姿态传感器7、控制单元8、支架9、水下密封舱11；其中，所述第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2、水下云台4、水下广角相机5、水下密封舱11均可拆卸地安装在支架9上；所述第一水下激光测距仪1与第二水下激光测距仪2的中轴线平行；所述第三水下激光测距仪3可拆卸地安装在水下云台4上，第三水下激光测距仪3与水下云台4的中轴线平行；第三水下激光测距仪3布置在第一水下激光测距仪1与第二水下激光测距仪2之间；所述控制单元8设置在水下密封舱11内；所述第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2和第三水下激光测距仪3分别用于测量第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2和第三水下激光测距仪3到目标物体10之间的距离；所述第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2和第三水下激光测距仪3可以采用北京林阳智能技术研究中心的LY-0060型号的激光测距传感器，但不限于此。

所述第一姿态传感器6可拆卸地安装于第三水下激光测距仪3内部，第二姿态传感器7可拆卸地安装于水下广角相机5内部；所述第一姿态传感器6和第二姿态传感器7分别用于测量第三水下激光测距仪3和水下广角相机5的三维姿态角；所述第一姿态传感器6和第二姿态传感器7可以采用上海朗尚科贸有限公司3CP-1000-D1型号的高精度三轴电子罗盘，但不限于此；所述水下广角相机5用于拍摄目标物体10和三个激光光斑的图像，可以采用尼康公司COOLPIX W300s型号的水下相机，但不限于此；所述水下云台4可以采用北京中瑞陆海科技有限公司SS260型号的水下云台，但不限于此。

所述第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2、第三水下激光测距仪3、水下云台4、水下广角相机5、第一姿态传感器6和第二姿态传感器7均与控制单元8相连；所述控制单元8设置在水下密封舱11内；所述控制单元8与输出接口12相连，所述输出接口12安装在水下密封舱11上。

如图2所示，所述控制单元包括电源模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块；所述电源模块为原位激光-图像融合测量系统供电；所述第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2、第三水下激光测距仪3、水下云台4、水下广角相机5、第一姿态传感器6、第二姿态传感器7、数据采集模块、数据处理模块和显示模块的输入端均与控制模块的输出端相连；所述第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2、第三水下激光测距仪3、水下广角相机5、第一姿态传感器6和第二姿态传感器7的输出端均与数据采集模块的输入端相连，数据采集模块的输出端与数据处理模块的输入端相连，数据处理模块的输出端分别与显示模块和数据存储模块的输入端相连。本实施例中电源模块可以采用西安华迈锂电池有限公司HM7L-J11Z25L型号的锂电池，但不限于此；控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块可以采用北京恒颐创科技有限公司PCMH9263型号的ATMEL AT91SAM9263开发板，但不限于此；显示模块可以采用深圳市晶联讯电子有限公司JLX12864C-1型号的液晶显示屏，但不限于此。

本实用新型的工作过程如下：

将本实用新型放置在水中，控制模块控制第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2、第三水下激光测距仪3打开激光，控制模块控制水下云台4调整第三水下激光测距仪3与第一水下激光测距仪1和第二水下激光测距仪2间的垂直角度使得第三水下激光测距仪3的激光光斑位于目标物体10上的合适位置，且三个激光光斑同时位于目标物体10上，第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2和第三水下激光测距仪3分别测量到目标物体10的距离；水下广角相机5拍摄含有目标物体10和三个激光光斑的图像，再将图像信息传输到数据处理模块，通过采用在数据处理模块中嵌入现有的基于暗通道先验去雾算法、图像锐化算法和中值滤波算法对图像进行预处理，根据目标物体10的形貌、颜色特征从图像中自动识别目标物体10与三个激光光斑间的像素差距离和图像中目标物体10的尺寸像素差距离；第一姿态传感器6和第二姿态传感器7分别测量第三水下激光测距仪3和水下广角相机5的三维姿态角信息；基于光学成像三角关系，图像中目标物体10的宽度、高度像素差距离与目标物体10实际宽度、高度信息间存在的成像比例关系和图像中三激光光斑的宽度、高度像素差距离与三个水下激光测距仪实际宽度和高度信息间存在的成像比例关系一致，此成像比例关系与三个水下激光测距仪的测量距离、图像中三个激光光斑间的像素差距离、图像中目标物体10尺寸的像素差距离、第三水下激光测距仪3和水下广角相机5的三维姿态角有关；使用MATLAB中数值拟合和优化的神经网络拟合工具箱分别得到已知目标物体10的宽度、高度的函数关系式，通过本实用新型测量待测物体的距离、图像、姿态信息输入宽度、高度的函数关系式得到待测目标物体的实际尺寸。