[发明专利]用于水下目标物尺寸测量的原位激光-图像融合测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种用于水下目标物尺寸测量的原位激光-图像融合测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)、控制模块控制第一水下激光测距仪(1)、第二水下激光测距仪(2)、第三水下激光测距仪(3)打开激光，控制模块控制水下云台(4)调整第三水下激光测距仪(3)与第一水下激光测距仪(1)和第二水下激光测距仪(2)之间的垂直角度使得第三水下激光测距仪(3)的激光光斑位于目标物体(10)上的合适位置，且三个激光光斑同时位于目标物体(10)上，第一水下激光测距仪(1)、第二水下激光测距仪(2)、第三水下激光测距仪(3)分别测量出其自身与目标物体(10)间的距离L₁、L₂、L₃，距离L的通用计算公式如下：

其中，f_s1和f_s2为两次发射激光的频率；为当发射激光频率为f_s1时，发射激光相位与反射激光相位的相位差；为当发射激光频率为f_s2时，发射激光相位与反射激光相位的相位差；c为真空中光速，n为纯水中光的折射率，a与b为测距矫正系数；

步骤(2)、水下广角相机(5)拍摄含有目标物体(10)和三个激光光斑的图像，再将图像信息传输到数据处理模块，通过图像衰减补偿校正算法消除图像的畸变，根据目标物体(10)的形貌、颜色特征从图像中自动识别出l₁、l₂、l₃、l₄，其中l₁为图像中第一水下激光测距仪(1)出射光斑与第二水下激光测距仪(2)出射光斑的水平像素距离，l₂为图像中第三水下激光测距仪(3)出射光斑与第一水下激光测距仪(1)出射光斑和第二水下激光测距仪(2)出射光斑之间连线的垂直像素距离，l₃为图像中目标物体(10)的宽度像素差距离，l₄为图像中目标物体(10)的高度像素差距离；

步骤(3)、第一姿态传感器(6)和第二姿态传感器(7)分别测量第三水下激光测距仪(3)和水下广角相机(5)的三维姿态角信息β₁，δ₁和β₂，δ₂，其中β₁，δ₁分别为第三水下激光测距仪(3)的俯仰角、横滚角和航向角，β₂，δ₂分别为水下广角相机(5)的俯仰角、横滚角和航向角，测试中水下云台(4)只改变第三水下激光测距仪(3)的俯仰角横滚角和航向角β₁，δ₁均为0°；

步骤(4)、已知第一水下激光测距仪(1)与第二水下激光测距仪(2)间的水平距离L_x、第三水下激光测距仪(3)与第一水下激光测距仪(1)和第二水下激光测距仪(2)之间的垂直高度L_y；根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)分别获得测量系统与多个已知目标物体(10)间不同角度、不同距离下的数据组合width,height,L₁,L₂,L₃,l₁,l₂,l₃,l₄,L_x,L_y,β₂,δ₂，使用MATLAB的数值拟合和优化函数分别得到已知目标物体(10)宽度width、高度height与L₁,L₂,L₃,l₁,l₂,l₃,l₄,L_x,L_y,β₂,δ₂间的函数关系式，即：

步骤(5)、根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)测得待测目标物体的数据L₁,L₂,L₃,l₁,l₂,l₃,l₄,β₂,δ₂，已知L_x与L_y，带入步骤(4)中得到的目标物体(10)宽度width、高度height的函数关系式，分别求得待测目标物体的实际宽度和高度尺寸信息；

其中，所述用于水下目标物尺寸测量的原位激光-图像融合测量系统，用于测量目标物体(10)的尺寸信息，包括第一水下激光测距仪(1)、第二水下激光测距仪(2)、第三水下激光测距仪(3)、水下云台(4)、水下广角相机(5)、第一姿态传感器(6)、第二姿态传感器(7)、控制单元(8)、支架(9)、水下密封舱(11)；其中，所述第一水下激光测距仪(1)、第二水下激光测距仪(2)、水下云台(4)、水下广角相机(5)、水下密封舱(11)均可拆卸地安装在支架(9)上；所述第一水下激光测距仪(1)与第二水下激光测距仪(2)的中轴线平行；所述第三水下激光测距仪(3)可拆卸地安装在水下云台(4)上，第三水下激光测距仪(3)与水下云台(4)的中轴线平行；所述第一姿态传感器(6)可拆卸地安装于第三水下激光测距仪(3)内部，第二姿态传感器(7)可拆卸地安装于水下广角相机(5)内部；第三水下激光测距仪(3)布置在第一水下激光测距仪(1)与第二水下激光测距仪(2)之间；所述控制单元(8)设置在水下密封舱(11)内；所述第一水下激光测距仪(1)、第二水下激光测距仪(2)、第三水下激光测距仪(3)、水下云台(4)、水下广角相机(5)、第一姿态传感器(6)和第二姿态传感器(7)均与控制单元(8)相连；

其中，所述控制单元包括电源模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块；所述电源模块为原位激光-图像融合测量系统供电；所述第一水下激光测距仪(1)、第二水下激光测距仪(2)、第三水下激光测距仪(3)、水下云台(4)、水下广角相机(5)、第一姿态传感器(6)、第二姿态传感器(7)、数据采集模块、数据处理模块和显示模块输入端均与控制模块的输出端相连；所述第一水下激光测距仪(1)、第二水下激光测距仪(2)、第三水下激光测距仪(3)、水下广角相机(5)、第一姿态传感器(6)和第二姿态传感器(7)的输出端均与数据采集模块的输入端相连，数据采集模块的输出端与数据处理模块的输入端相连，数据处理模块的输出端分别与显示模块和数据存储模块的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制单元(8)与输出接口(12)相连，所述输出接口(12)安装在水下密封舱(11)上。