[发明专利]一种基于平行激光束的水下目标尺寸测量设备及方法

权利要求书

1.一种基于平行激光束的水下目标尺寸测量方法，其特征在于该方法使用以下设备，所述设备：包括一个摄像头模块、第一激光器模块、第二激光器模块、第三激光器模块、第四激光器模块，所述摄像头模块用于拍摄图像，所述第一、第二、第三、第四激光器模块是点激光发生器，用于发射点激光；

所述第一、第二、第三、第四激光器模块与所述摄像头模块置于同一平面；所述四个激光器模块在同一平面上构成正方形排列，分别置于正方形四个角；所述摄像头模块置于所述四个激光器形成的正方形中心位置；所述四个激光器模块发射的激光线形成的激光束是平行的；

所述方法包括如下步骤：

步骤1：图像拍摄阶段，打开所述摄像头模块和第一、第二、第三、第四激光器模块，使得第一、第二、第三、第四激光器模块发射出的激光线互相平行，且四条激光线形成的光束在垂直投影面上成正方形点阵；激光投射到待检测面上，获得第一激光线投射点、第二激光线投射点、第三激光线投射点、第四激光线投射点，当发现待检测目标后拍摄图像；

步骤2：激光点检测阶段，完成所拍摄图像中第一、第二、第三、第四激光线投射点的中心位置坐标的计算；

步骤3：位姿计算阶段，通过坐标解算模型计算摄像头模块相对于激光点所在投影面相对于摄像头模块的位姿，同时根据射影公式反推出射影变换矩阵；

步骤4：目标检测阶段，

4A.利用目标检测算法对所拍摄图像进行目标检测，并利用边缘检测算法确定目标物体在图像中的边缘曲线；

4B.对图像进行单应性坐标变换，使得第一、第二、第三、第四激光线投射点恢复为正方形点阵，同时对目标物体边缘曲线上的每点也进行坐标变换，并记录变换后的坐标；

4C.对变换后的边缘曲线使用包围盒生成算法，生成该边缘曲线的最小包围盒，根据激光束之间的实际距离计算出最小包围盒的长和宽。

2.根据权利要求1所述的基于平行激光束的水下目标尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤2中所述激光线投射点的中心位置坐标的计算，是利用激光点处能量最高、亮度最强的特性，首先对待检测图片进行从RGB到HSV的色彩空间转化，筛选出H通道符合激光色彩(35＜H＜78绿色范围)，V通道满足阈值的像素(200＜V＜255高亮范围)，所选像素区域即是激光所在的光斑，该光斑即为激光投射点；取光斑区域的中心点像素作为激光线投射点的中心位置坐标，其中，计算中心点的位置还可以是机器学习领域或数字图像处理领域的方法。

3.根据权利要求1所述的基于平行激光束的水下目标尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤3中所述坐标解算模型是指基于摄像机透视投影原理的坐标解算模型，令原始齐次坐标为x＝[u，v，1]^T，在图像中的齐次坐标x₁＝[u₁，v₁，1]^T，则根据射影变换令

解得如下方程组

该式可以改写为

令A_ih＝0即可求得投影变换矩阵H。

4.根据权利要求1所述的基于平行激光束的水下目标尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤4A中所述目标检测算法可以是任何一种目前现有的目标检测模型；所述边缘检测算法可以是任何一种目前现有的边缘检测算法。

5.根据权利要求1所述的基于平行激光束的水下目标尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤4B中所述的坐标变换指的是将图像中坐标x₁₂调整为在待测平面上的世界坐标x₁₁，利用上述已解得的投影变换矩阵H；通过x₁₂＝Hx₁₁方程求解得到世界坐标x₁₁，之后根据图像中已解得的世界坐标绘制成新的图像。

6.根据权利要求1所述的基于平行激光束的水下目标尺寸测量方法，其特征在于，所述步骤4C中所述包围盒生成算法指的是对利用边缘提取算法得到的边缘点集使用均值化处理得到进一步计算点集中两两之间的协方差求得它的特征值和特征向量，排序并提取最大值vec和其正交向量是边缘点集的新坐标轴，将点集映射在轴上取最大和最小值即可生成包围盒；所述计算尺寸用到了等比公式，假设在图像上两非对角激光器激光线投射点的距离为Y，图像中包围盒某边长度为A，激光点实际距离为B，则所测边的实际距离X为X＝A×B/Y。