[发明专利]基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法

权利要求书

1.一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法，其特征在于包括小型光机设备系统和光纤光谱探测系统两大模块：小型光机设备系统包含水上设备和小型水下机器设备，水上设备包括远程控制台和吊放设备，小型水下机器设备包括小型水下机器设备本体，观测设备和作业设备，光纤光谱探测系统包括光学平台，探测相机和双目检测装置，小型光机设备系统中的远程控制台对小型水下机器设备进行控制，吊放设备将小型水下机器设备放入相应的海域，小型水下机器设备本体上装有观测设备和作业设备，观测设备包括摄像机和照明灯，作业设备包括机械手和光谱仪搭载框架，光纤光谱探测系统中的光学平台将光纤返回的信息进行解析，探测相机获得待测物体的反射光信息，双目检测装置放于光纤靠近物体的端部，用于精准检测光纤和待测物体的距离以免光纤头触碰到待测物体，光纤头到达指定位置后，小型水下机器设备搭载的光纤光谱探测系统将对待测物体进行光谱检测工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法，其特征在于所述小型水下机器设备，工作人员在水面舰船上对小型水下机器设备进行控制，吊放设备将小型水下机器设备置于相应的海域，小型水下机器设备通过封闭式的机械结构搭载光纤光谱探测系统进行水下作业，在达到待测物体以后，机械手通过预设好的光纤口延伸到待检测的待测物体，然后入射光纤发出光源直射到待测物体，通过回馈光纤将采集到的光信号传送到光纤光谱仪进行光谱分析，同时将光谱数据存放在探测相机中，等到信号采集完毕后小型水下机器设备上浮，工作人员对采集的光谱数据进行分析并能够完成海洋资源的检测任务。

3.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法，其特征在于所述的观测设备和作业设备中，照明灯帮助摄像机更好地分辨水下周边的环境，同时远程控制台根据小型水下机器设备的实时状态对其进行控制，光纤光谱仪置于搭载框架中，机械手能够将光纤口延伸到水下待检测的区域，此时水下检测设备就能够对海洋中狭窄的区域进行检测。

4.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法，其特征在于所述的光纤光谱探测系统包括光学平台，探测相机和双目检测装置，光学平台分成光纤光谱仪和外部的双光纤，光纤光谱仪内部的光学器件包括光纤接口、狭缝、胶合透镜、光栅、光楔，当通过光纤接口反馈回来的光信号返回至入射狭缝之后产生成像物体的物点，形成的物点经过胶合透镜将其转变成平行光，平行光通过光楔实现小角度偏折并入射至光栅，透过光栅后的光信号再通过第二光楔实现小角度反偏折，接着光信号传输到相机镜头中并保存在探测相机内，连接到外部的双光纤分别为入射光纤和回馈光纤，当机械手通过将光纤的一端对准待测物体之后，光源从入射光纤照射到待测物体上，经过待测物体的反射将信号发送到回馈光纤，回馈光信号通过回馈光纤返回至光纤光谱仪，双目检测装置的双目相机放置在光纤头的前端，用来检测光纤的前端和待测物体的距离，以免待测物体损坏光纤头，双目相机以n fps的速率采集待测物体的双目图像并通过机械臂来控制光纤的具体位置，在光纤达到距离待测物体的理想距离d cm的时候，光纤头停止继续靠向待测物体的运动，此时光纤光谱探测系统将开展采集待测物体光谱信息的工作。

5.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法，其特征在于所述的双目检测装置包括成像算法和双目相机这两个部分，成像算法是SIFT特征匹配算法和三角测距算法，SIFT算法能够找到两幅图像之间的特征匹配点，利用SIFT算法结合三角测距原理来开展双目测距工作，双目测距的公式为：E＝f×B/(A1-A2)，其中f是双目相机的焦距，而B是双目相机两个光轴之间的间距，(A1-A2)为视差，视差是待测物体上的特征点在双目相机的两个成像设备的感光芯片在水平方向上的距离差，将双目相机中的相机一和相机二所拍摄的图片定义成Pho1(t)和Pho2(t)，两个图片的长度和宽度都是H和W，双目相机将拍摄的图片传输给远程控制台，远程控制台对同一时刻双目相机所拍摄的两幅图片进行特征匹配处理并得到两幅图像的特征匹配点，双目相机同一时刻所拍摄的两幅图片的特征匹配点连线的横坐标和纵坐标的差值依次是(dx(t)，dy(t))，提取dx(t)值来预测光线端部到待测物体的距离，利用双目测距的公式能够得到待测物体与双目相机之间的距离。

6.根据权利要求5所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法，其特征在于所述的双目相机包括两个内部参数一致的相机，相机主要由下面组件构成：相机镜头、感光芯片、数据转换器、存储单元，双目相机的两个镜头的光轴处于平行的状态，双目相机两个镜头的中心连线和镜头光轴是垂直的状态，间距为B毫米，B是大于0的实数，两个感光芯片的法线处在平行的状态，两个法线的间距也是B毫米，双目相机的镜头朝向待测物体，相机的感光芯片搜集待测物体的反射光信息，远程控制台根据SIFT特征匹配算法和三角测距算法来检测光纤头和待测物体的实时距离并控制光纤的位置来完成相应的检测工作。