[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

说明书

本发明公开一种基于载人潜水器的水下激光扫描重构系统及其方法，所述系统包括蓝色激光器、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；蓝色激光器、图像处理单元和CCD摄像机均与控制单元相连；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进行数据融合，实现准确的三维重构。本发明方案以激光为出发点，采用激光线光源搭配图像处理技术，能够忽略激光器、摄像机等参数整定的问题，同时能够极大的减小激光在水中的散射、折射现象对探测的影响，同时与载人潜水器的姿态传感器进行数据融合，实现对海底微地形地貌的精准探测，可广泛应用于军事与科学研究领域。

技术领域

本发明涉及一种基于载人潜水器的水下激光扫描重构系统及其方法，应用于载人潜水器等水下运载设备的检测与探测领域。

背景技术

21世纪是海洋的世纪，面对人口膨胀，陆地资源短缺，生态环境恶化以及气候变化等一系列关系人类生存与发展的问题，海洋的重要性越发明显。加强海洋与全球变化、海洋环境与生态的研究，做好海洋保护，并推动海洋能源、资源的可持续开发与利用是人类拓展生存空间，维系生存与发展的必然选择。

载人潜水器作为深海探测的重要科考工具，对我国的海洋战略具有十分重要的意义，为我国的深海探测提供可靠的保证与坚实的技术支持。目前在深海探测过程中，载人潜水器的近距离探测能力较差，目前多使用侧扫声呐来进行海底探测与重构，但由于侧扫声呐具有盲区，无法近距离进行探测，且精度等级不够，只能绘制海底地形的大致样貌，造成许多细节上的缺失。

现有比较成熟的激光扫描系统是基于激光测距原理进行3D重构，虽然在在陆地上具有较高的精度等级，但由于以下原因：(1)水下环境复杂，对于激光光源、摄像机等参数设定增加了很大的困难；(2)激光在水中会有散射、折射现象的发生，使其准确性大大降低，甚至无法工作；(3)基于激光测距原理进行3D重构而设计的装置一般造价较高，对光源、摄像机等都有较高的要求，成本更高；现有的激光扫描重构装置并不能够对水下探测与重构产生积极的效果和影响。

故而，亟待提出一种新的重构系统及方法，以解决现有技术中存在的上述缺陷。

发明内容

本发明提出一种基于载人潜水器的水下激光扫描重构系统及其方法，采用激光线光源与图像处理技术相结合，对于海底微地形地貌的探测，并对所探测的重点区域进行三维重构，在军事与科学研究等领域具有较高的推广价值。

本发明是采用以下的技术方案实现的：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，以纠正其航行过程中由于水流等因素造成的航行过程中出现的偏移、倾斜等情况，使其完全适配于载人潜水器，进而能够实现准确的三维重构。

进一步的，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处理去噪；

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；