[发明专利]一种适用于水槽的人工鱼礁堆积形态测量装置及方法

说明书

一种适用于水槽的人工鱼礁堆积形态测量装置及方法，包括主控计算机和水槽，水槽底部设有托盘，顶部有带连接杆的滑动支座和滑动座，滑动座的连接杆底部设标定板，滑动支座的连接杆底部安装扫描装置，扫描装置的密封舱内有控制板和双目摄像机，双目摄像机两个镜头安装滤光片，滤光片为520nm高透可见光截止滤光片，密封舱顶部有数字舵机，数字舵机上安装520nm一字线激光器。其方法包括将该测量装置中的扫描装置浸没于水中进行标定后，启动扫描装置，数字舵机带动激光器投射的线结构光移动，基于所获得的标定参数，计对采集到的图像进行分析处理，得到人工鱼礁堆积的水下三维坐标，使水槽实验中人工鱼礁堆积形态的测量精度和效率大大提高。

技术领域

本发明涉及一种适用于水槽的人工鱼礁堆积形态测量装置及方法，涉及基于线结构光双目立体视觉技术。

背景技术

人工鱼礁是人工置于天然水域环境中用于修复和优化水域生态环境的构造物，投放的规模（即空方体积）决定了人工鱼礁的影响范围。空方体积是人工鱼礁外部结构几何轮廓（包络面）所包围的体积，由于人工鱼礁堆积的形态结构受底质、水深、人工鱼礁单体形状等因素影响，导致其空方体积也会不同，对于人工鱼礁堆积形态的高效、精确测量是研究人工鱼礁堆积空方体积规律的重要基础。

水槽模型实验是研究不同因素对人工鱼礁堆积影响的一种重要手段，涉及水深、底质、流速等多种因素。已有技术通常采用点激光并结合水槽标尺测量获取三维坐标，建立规则几何体替代外轮廓并以此包络计算空方体积。但是基于水槽标尺的方法获取的特征点数量较少，效率较低，其建立的几何体不能呈现人工鱼礁堆积的外部几何轮廓。

此外，水槽模型实验通常采用的基于三角法的三维激光扫描测距仪，使用单目摄像头结合线激光器投射线结构光进行三维坐标测量，对线激光器与摄像头之间的安装精度高，极易产生误差，导致获取的数据精度不高；基于双目立体匹配算法采集三维坐标，水下堆积的人工鱼礁特征点数量较少且特征相似导致计算机不容易分辨，获取的数据精度不高。

因此，非常有必要一种既满足实验室水槽条件、测量高效、且适合人工鱼礁堆积的水下三维坐标测量方法及测量装置，以便-----在人工鱼礁堆积规律的研究中，解决水下测量人工鱼礁堆积体外部几何轮廓精度不高、效率低下等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于线结构光双目立体视觉技术且适用于水槽的人工鱼礁堆积形态测量装置及方法，以满足在实验室水槽环境下对人工鱼礁堆积形态的测量要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

适用于水槽的人工鱼礁堆积形态测量装置，包括主控计算机和水槽，其特征在于该水槽底部设有托盘，顶部设有滑动支座和滑动座，滑动支座和滑动座下方分别设有连接杆，其中滑动座的连接杆底部安装标定板，标定板为黑白棋盘格标定板；滑动支座的连接杆底部安装扫描装置，所述扫描装置包括密封舱，密封舱内有控制板和双目摄像机，双目摄像机的两个镜头前端安装滤光片，滤光片为520nm高透可见光截止滤光片，密封舱顶部设有数字舵机，数字舵机上安装520nm的一字线激光器；一字线激光器投射方向与双目摄像头朝向一致；数字舵机跟控制板通过数据线相连，控制板和双目摄像机分别通过数据线与主控计算机相连。

所述控制板采用ArduinoUNO开发板。

所述的一字线激光器还配有外置的激光器电源。

利用上述装置测量人工鱼礁堆积形态的方法，其特征是包括以下步骤：

（1）在水槽中布置扫描装置，使扫描装置浸没于水中，扫描装置通过数据线与主控计算机相连；

（2）用黑白棋盘格标定板标定扫描装置，标定时，将标定板伸入水槽内，标定板与双目摄像机之间的距离在所测量的深度范围之内，同时确保标定板中所有黑白棋盘格完整出现在双目摄像头所采集的画面内部，然后在所需测量深度范围内逐步移动标定板，同时通过主控计算机采集标定板在不同位置的图像，以确保所采集的图像覆盖所需测量范围；