[发明专利]基于载人潜水器的水下激光扫描重构系统及其方法

权利要求书

1.基于载人潜水器的水下激光扫描重构系统，其特征在于，包括蓝色激光器、CCD摄像机、控制单元、图像处理单元、载人潜水器姿态信息获取单元以及数据融合单元；

所述蓝色激光器和CCD摄像机均与控制单元相连，由控制单元控制蓝色激光器投射蓝色激光线至海底地形，并控制CCD摄像机拍摄包含物体表面轮廓信息的线结构光的图像进行存储；

所述图像处理单元的输入端与控制单元相连，其输出端与数据融合单元相连，图像处理单元用于对拍摄的图像进行处理，获得其线结构光的点云数据并输出至数据融合单元；

所述数据融合单元将图像处理单元发送的像素点坐标信息和载人潜水器姿态信息获取单元获得的载人潜水器姿态信息进行数据融合，进而能够实现准确的三维重构；

所述数据融合单元包括标定模板库、偏移角比对模块以及纠正模块；

标定模板库，用以存储原点标定板旋转-30°～30°的标定模板库，并记录CCD摄像机拍摄图像的时刻t，t＝0,1,2,3,……，获得一系列时刻集合；

偏移角比对模块，从拍摄的0时刻开始进行初始化，根据载人潜水器姿态信息获取单元获得该时刻的偏移角度信息，然后对接下来的时刻进行姿态读取得到其对应时刻的偏移角度，并与初始化的角度进行对比；

纠正模块，通过偏移角比对模块判断有差异时，则调用标定模板库，通过图像处理及标定实现二维像素点到三维坐标的转换，得到纠正的点云数据。

2.根据权利要求1所述的基于载人潜水器的水下激光扫描重构系统，其特征在于：所述图像处理单元包括滤波模块、灰度化模块、像素点提取模块以及标定模块；

滤波模块用以对图像进行高斯滤波、去噪处理；

灰度化模块用以对滤波去噪后的图像进行灰度化处理，提取其灰度图；

像素点提取模块用以对灰度图进行中心线提取，采用Steger中心线提取算法对灰度图处理，从而得到每一幅图像中轮廓的像素点坐标；

标定模块用以将所有图像的二维像素点坐标通过圆点标定板标定转换为真实的三维像素坐标，进而得到完整的三维点云信息。

3.根据权利要求2所述的基于载人潜水器的水下激光扫描重构系统，其特征在于，通过标定模块在进行标定时：

将所述圆点标定板完全贴合蓝色激光器垂直照射的平面，并采用CCD摄像机对其进行拍摄，对圆点标定板的中心进行像素点的提取；

根据该圆点标定板的各个圆点的已知真实参数，通过非线性插值对拍摄的物体表面轮廓像素点进行处理，进而将物体表面轮廓像素点坐标转换为三维坐标信息。

4.基于权利要求1-3任一项所述基于载人潜水器的水下激光扫描重构系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、通过蓝色激光器垂直于向下发射线结构光作用在海底物体表面，CCD摄像机拍摄包含物体表面轮廓信息的线结构光的图像；

步骤B、基于CCD摄像机拍摄的图像信息，利用图像处理技术对图像中线结构光源轮廓像素点进行提取，通过分析所有图像获得线结构光的点云数据；

步骤C、将步骤B获得的点云数据与载人潜水器姿态传感器检测的姿态信息进行多传感器数据融合，以对点云数据进行纠正；

(1)建立原点标定板旋转-30°～30°的标定模板库，并记录CCD摄像机拍摄图像的时刻t，t＝0,1,2,3,……，获得一系列时刻集合；

(2)从拍摄的0时刻开始进行初始化，根据载人潜水器姿态信息获取单元获得该时刻的偏移角度信息，然后对接下来的时刻进行姿态读取得到其对应时刻的偏移角度，并与初始化的角度进行对比；

(3)通过偏移角比对模块判断有差异时，则调用标定模板库，通过图像处理及标定实现二维像素点到三维坐标的转换，得到纠正的点云数据；

步骤D、利用Meshlab软件完成所探测海底的三维重构，进而实现准确的三维重构。