[发明专利]一种基于光栅投影改进的水下地形测量系统

说明书

一种基于光栅投影改进的水下地形测量系统，属于水下机器人地形跟踪领域。一种基于光栅投影改进的水下地形测量系统，是由激光器通过孔、CCD摄像机通过孔、白炽灯、地形装置支撑架、水下机器人、电缆线、激光器、展开透镜、正弦光栅、1881型CCD摄像机、P540图像采集卡、电脑、陀螺仪和水下深度计组成的，所述的激光器通过孔、CCD摄像机通过孔位于地形装置支撑架上，水下机器人与地形装置支撑架固定连接，电缆线位于水下机器人的上部，激光器、展开透镜、正弦光栅、1881型CCD摄像机和白炽灯都安装于地形装置支撑架上，针对水下地形自然环境中的不确定性和三维活动，可以实时探测水下三维地形。

技术领域

本发明涉及一种基于光栅投影改进的水下地形测量系统，具体地说是采用了摄像机、图像采集卡、激光、条形光栅等能够进行水下地形三维测量的一种系统，属于水下机器人地形跟踪领域。

背景技术

水下机器人技术迅速发展，在控制技术、动力系统、视觉技术，路径规划和跟踪，地形跟踪等方面都已经逐渐成熟，其中，水下机器人地形跟踪是水下机器人主动完成水下任务的关键，但考虑到自然水下环境中的不确定性和三维活动，水下地形跟踪相对陆地更具有挑战性。然而，现在的水下地形测量系统，主要的工具是水下高度计(即声呐高度计)，但是水下高度计只能进行单点测量，所以只能测量水下机器人离海底的高度，不能进行三维重建，且水下高度计极其昂贵。

近几十年来，由于不同水下环境的需要，国内外许多学者开发了不同环境下的地形跟踪技术，这些跟踪技术也各自具有各自的特点。总结国内外已有的地形跟踪系统，目前主要有两种研究趋势，一种是控制算法或者控制策略的更新及改变，另一种则是强调于对外界环境的感知的提升，及通过更多传感器的数据融合，从而获得更加准确的信息。所以，需要一种能够代替水下高度计巨大费用且能够进行地形测量的一种装置。

发明内容

针对水下测量技术稀少且水下高度计昂贵的问题，本发明提供了一种基于光栅投影改进的水下地形测量系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于光栅投影改进的水下地形测量系统，是由激光器通过孔、CCD摄像机通过孔、白炽灯、地形装置支撑架、水下机器人、电缆线、激光器、展开透镜、正弦光栅、1881型CCD摄像机、P540图像采集卡、电脑、陀螺仪和水下深度计组成的，所述的激光器通过孔、CCD摄像机通过孔位于地形装置支撑架上，水下机器人与地形装置支撑架固定连接，电缆线位于水下机器人的上部，激光器、展开透镜、正弦光栅、1881型CCD摄像机和白炽灯都安装于地形装置支撑架上，且激光器、展开透镜和正弦光栅三点一线，且与地面有一定角度，且可忽略不计，1881型CCD摄像机垂直于参考平面，且与P540图像采集卡相连接，图像采集卡安装于水下机器人上，且通过电缆线与电脑相连接，陀螺仪、水下深度计安装于水下机器人内部，地形装置支撑架安装于水下机器人底部。

一种基于光栅投影改进的水下地形测量方法，是采用由激光器通过孔、CCD摄像机通过孔、白炽灯、地形装置支撑架、水下机器人、电缆线、激光器、展开透镜、正弦光栅、1881型CCD摄像机、P540图像采集卡、电脑、陀螺仪和水下深度计组成的装置，所述的激光器通过孔、CCD摄像机通过孔位于地形装置支撑架上，水下机器人与地形装置支撑架固定连接，电缆线位于水下机器人的上部，激光器、展开透镜、正弦光栅、1881型CCD摄像机和白炽灯都安装于地形装置支撑架上，且激光器、展开透镜和正弦光栅三点一线，且与地面有一定角度，且可忽略不计，1881型CCD摄像机垂直于参考平面，且与P540图像采集卡相连接，图像采集卡安装于水下机器人上，且通过电缆线与电脑相连接，陀螺仪、水下深度计安装于水下机器人内部，地形装置支撑架安装于水下机器人底部。

该方法，包括以下步骤：

(1)首先，利用水下深度计保持水下机器人到水面的高度，使其为一定值M，不能改变。

(2)微调陀螺仪角度，使水下机器人水平，即θ＝0。