[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

说明书

本发明涉及一种水下目标尺寸测量设备及方法，该水下目标尺寸测量设备包括摄像头模块、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，第一、二、三、四激光器模块和摄像头模块处于同一平面，且激光发射器模块分布在正方形四角点处。测量时，由摄像头模块拍摄包含待测物体和四个激光投射点的图像，获得四个激光投射点的位置坐标，对图像进行单应性坐标变换使得激光器的四个投射点成正方形点阵，使用包围盒生成算法计算变换后目标物体的包围盒。根据比例计算待测目标物体长和宽的尺寸。本发明所描述的测距方法适用于水下等人类活动不方便的场景，提高了水下目标尺寸测量的灵活性和效率。

技术领域

本发明涉及一种水下目标尺寸测量的设备及方法，尤其涉及一种基于平行激光束的水下目标尺寸测量设备及方法。

背景技术

海洋牧场等传统农业现代化还亟待优化，特别是对养殖产品生长情况的监控，需要更加精准、更加方便的体积和尺寸测量技术。随着水下机器人技术的发展，基于视觉的水下目标观测成为海洋牧场观察养殖产品的重要手段之一，然而对养殖产品体积和尺寸的测量是急需解决的关键技术。

常规的无人机目标物体尺寸测量方法，可以通过在待检测区域放置坐标网格纸或者印有网格的箱子，由网格在拍摄图像中的所占像素数量来推断图像中的比例尺，同时借助相机位姿检测算法等基于摄像机透视投影原理的坐标解算模型来调整世界坐标系。对于目标物体的检测，通常是使用目标检测网络来确定待检测物体。但在海洋牧场中，待检测区域广，人类活动自由度低，还有放置成本等问题使得坐标网格的方法存在局限性。

由于蓝绿激光在水中穿透能力强，在短距离水体中也有很好的传播效果，且激光点在图像中特征明显。特别是由于光沿直线传播的特性，可以有效的保持平行光束之间的距离是相同的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于平行激光束的水下目标尺寸测量设备及方法，实现水下目标物尺寸的测量。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种基于平行激光束的水下目标尺寸测量设备，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。

进一步，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。

进一步，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。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种基于平行激光束的水下目标尺寸测量方法，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；