[发明专利]一种水下激光三维扫描和实时测距的测量装置

权利要求书

1.一种水下激光三维扫描和实时测距的测量装置，其特征在于，包括：

激光扫描单元，所述激光扫描单元包括激光摄像机、四点测距激光阵列以及三线扫描激光阵列，所述激光摄像机用于捕获水下情况的照片，所述四点测距激光阵列用于为所述激光摄像机所捕获的照片提供标记点，所述三线扫描激光阵列用于对水下待测物体进行扫描；

高清摄像单元，所述高清摄像单元包括LED照明设备和高清相机，所述LED照明设备用于为所述高清摄像机提供光线，所述高清相机用于以图片形式记录三线扫描激光阵列和四点测距激光阵列在水下与水下待测物体的相对位置；

处理单元，所述处理单元用于对高清摄像机记录的照片依次进行激光中心条纹提取以及标定，其中通过激光中心条纹提取获得每段的高清相机像素平均坐标，通过标定将高清相机像素坐标转化为与之相对应的相对于高清相机位置三维坐标，从而得到高清相机距离待测物体的距离。

2.根据权利要求1所述的一种水下激光三维扫描和实时测距的测量装置，其特征在于，所述电动位移平台包括步进电机、直线驱动机构、姿态传感器、电机驱动器以及单片机，所述步进电机为所述直线驱动机构的运动提供驱动力，所述步进电机、电机驱动器和单片机依次电连接，所述姿态传感器位于直线驱动机构上，用于感知直线驱动机构的位置以及姿态等信息，并将这些信息反馈至单片机，所述四点测距激光阵列、三线扫描激光阵列、激光摄像机、高清相机、LED照明设备均搭载在所述直线驱动机构上。

3.根据权利要求1所述的一种水下激光三维扫描和实时测距的测量装置，其特征在于，所述四点测距激光阵列、三线扫描激光阵列、激光摄像机、高清相机、LED照明设备位于同一平面且位置固定。

4.根据权利要求1所述的一种水下激光三维扫描和实时测距的测量装置，其特征在于，所述LED照明设备对称放置于所述高清相机的两侧。

5.根据权利要求1所述的一种水下激光三维扫描和实时测距的测量装置，其特征在于，所述激光中心条纹提取的步骤，具体包括：

对高清摄像机记录的照片进行灰度处理、二值化以及高斯模糊后使用Steger算法进行激光条纹中心提取；

对激光条纹中心提取后的图片进行列扫描，找出上下每段激光条纹的边界，从而求出高清相机像素平均坐标。

6.根据权利要求1所述的一种水下激光三维扫描和实时测距的测量装置，其特征在于，所述标定的过程包括相机标定和系统标定，所述相机标定采用张正友平面标定法，求解二维图像坐标与三维世界坐标之间的单应性矩阵关系，得到标定参数；所述系统标定在相机标定的基础上，采用立体靶标，获得三线扫描激光阵列到激光摄像机中心的距离、激光与水平面的夹角θ，图像中激光条纹与u方向夹角α。