[发明专利]水下小目标动态精细检测三维成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种水下小目标动态精细检测三维成像装置，包括平台（3），其特征在于：激光发射模块与水下摄像机（1）固定安装在平台上，水下摄像机（1）与处理单元（5）连接;所述激光发射模块为阵列激光发射单元（2）；所述阵列激光发射单元的激光器布置方式为：多个激光器（9）按设定间隔平行排列布置，所述激光器为一字线激光器；或在同一垂直平面的同一位置布置多个激光器，所述激光器为一字线激光器，每个一字线激光器以不同的角度安装。本发明的水下小目标动态精细检测三维成像装置，由于采用激光阵列单元，减少了点云数据拼接次数，提高点云成像质量，实现了海底高精度精细目标的动态检测。

技术领域

本发明涉及一种水下小目标动态精细检测三维成像装置，属于水下机器人探测技术领域。

背景技术

为了满足水下机器人在复杂海洋环境下的高效自主作业需求，水下目标检测作为机器人“眼睛”的功能要求越来越高，探测技术手段也越来越先进。水下目标检测的任务是在特定区域找出感兴趣的目标，是目标提取与识别的重要过程，目前应用较为广泛的主要有声学检测、光学检测和磁探测技术等。由于水体对电磁波的快速吸收作用，光学探测距离近，水中悬浮颗粒物的散射以及光源的不均匀性都会导致图像严重退化，由三维到二维的成像过程不可避免地损失了深度信息。基于双目光视觉的水下目标检测从理论上可以补充空间信息，但针对水下非结构化环境下的双目视觉特征匹配容易出现误匹配和病态问题，在线处理的计算量大、速度慢、精度差、故障率高。因此，水下目标探测长期以声学探测为主，具有探测距离远、不受水质条件影响等优势，高分辨率图像声纳技术发展迅速，包括前视声纳、侧扫声纳、多波束测深声纳，得到了广泛的应用。与光学相比，声学图像反映的是目标对声波的反射能量强度空间分布，由于水声信道的复杂性导致声学图像非常不直观、难以理解。因此，近年来出现了对声纳图像进行几何特征提取再进行空间重构的三维声纳成像技术，但由于水声信道噪声干扰，声纳波束主瓣指向不可避免存在旁瓣效应，导致成像分辨率虽高但检测精度较低，无法满足小目标的精细检测要求。此外，距离1m以内是目前三维声纳成像的检测盲区。激光扫描三维成像是当前比较前沿的高新技术手段，具有高分辨率、高精度的特点，图像处理计算量大大降低，但依然存在扫描速度慢、一致性构图质量受导航定位精度、载体位姿变化影响等缺陷。因此，水下机器人高速航行工况下近距离内的水下小目标精细检测是目前亟待解决的关键难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的水下光视觉、声视觉获得的都是二维图像，光学探测受到水中悬浮颗粒散射、光源不均匀照明等影响，声学探测受到水声信道多途效应、换能器波束旁瓣效应等影响，成像质量较差及检测精度难以保证，无法准确获取水下目标的三维信息，不方便在线测量目标空间尺度特征，载体高速运动下的动态匹配非常困难。

为满足水下小目标及精细结构的高分辨率三维检测需求，本发明提出一种水下小目标动态精细检测三维成像装置及方法，是水下光视觉与水下激光扫描技术的创新组合，利用激光指向性强、蓝绿激光水下穿透性强等优点，首次采用平行激光阵列代替单线激光器进行快速扫描，大幅提高了水下激光的三维成像效率，实现多线激光扫描一次成像，可对高速航行工况下的水下动态小目标进行高效、高分辨率、高精度的三维点云成像，可搭载于各类水下机器人完成精细目标检测、环境监测等任务。

本发明的水下小目标动态精细检测三维成像装置，包括平台3，激光发射模块与水下摄像机1固定安装在平台上，水下摄像机1与处理单元5连接。

进一步地，所述平台安装在水下机器人8的下部，激光发射模块与水下摄像机1方向向下安装在平台3上，所述激光发射模块为阵列激光发射单元2，水下摄像机1向阵列激光发射单元2方向倾斜安装。

进一步地，所述水下摄像机1为两台，分别安装在阵列激光发射单元2的两侧。

进一步地，所述激光发射模块为单线激光器4，激光发射模块、水下摄像机1与处理单元5均安装在平台3上，所述平台3固定安装在步进电机6的输出轴上，所述步进电机6安装在支架7上。

一种水下小目标动态精细检测三维成像方法，具体包括以下步骤：