1 华北水利水电大学 物理与电子学院，河南郑州4500
2 中国移动通信集团公司，北京100033
针对水体浑浊所造成水下图像退化和多介质引起的光线路径改变等问题，提出了基于径向多线结构光的水下视觉测量方法。首先，建立了基于折射的水下视觉测量模型，在投影仪垂直于折射平面投射且光平面经过投射光轴的条件下，陆上光平面和水下光平面共面，陆上标定可代替水下标定；采用蒙特卡洛模拟方法，分析了像点误差对点云计算精度的影响。其次，设计了黑白交错的中心旋转径向多线编码光模式；采用黑白条纹边缘作为测量点，减弱了编码光解码对图像质量的依赖性；通过中心旋转的方式，提高了表面的测量分辨率。最后，在1 m×1.2 m×0.8 m的水体中加入泥沙模拟自然河流水体环境，实验分析了浑浊水体对条纹提取、编码光解码和三维视觉测量精度的影响。实验结果表明，该方法在1 500 mm的测量距离上，对清水条件下的瓷瓶进行了不规则表面的三维表面测量；对清水、含有40，60和90 g泥沙的浑水中规则物体进行三维表面测量，获得了平面残差分别为0.95，1.93，5.43和21.43 mm的测量结果；当泥沙量超过某数值（如60 g）时，条纹提取精度急剧恶化，泥沙量为40和90 g的浑水中测量平面拟合残差从1.93 mm增加到21.43 mm。
三维视觉测量 河流水下测量 结构光 径向多线投影模式 3D vision measurement underwater vision measurement of river structured light system radial multi-stripe model 光学 精密工程
2021, 29(10): 2465
针对水下环境中因光线折射、水体浑浊等产生的物体特征点难以提取的问题,设计了一种利用线结构光阵列提供视觉特征的水下双目测量系统,通过提取光条中心获得大量特征点。推导建立水下双目光路折射模型,并提出一种改进的外极线匹配方法,用于获得特征点三维坐标,实现了水下物体的测量和三维形貌还原。实验结果表明,所提方法对水下物体的测量精度与陆上相当,测量误差在0.3 mm以内,满足测量精度要求。系统测量过程快速准确,适用于水下实时定位测量。
测量 水下双目视觉 线结构光 光路折射模型 匹配 水下测量
1 海军潜艇学院, 山东 青岛 266042
2 海军92330部队, 山东 青岛 266102
3 中国科学院海洋研究所, 山东 青岛 266071
4 中国科学院大学, 北京 100049
基于虚拟潜望镜技术的成像探测机理,分析了海面斜率变化和白冠对菲涅耳窗口图像的影响,提出了基于菲涅耳窗口图像破碎环带宽度和白冠像素群出现概率的海况等级解算模型。利用该模型,可通过对菲涅尔窗口图像的数字图像处理完成海况的解算,具有被动、自动等特点。该方法可用于水下载运平台对海况的光电成像隐蔽测量,为虚拟潜望镜技术的应用拓展提供支撑。
文字间用 号隔开空半格海况 水下测量 虚拟潜望镜 菲涅耳窗口 sea state underwater measurement virtual periscope Snells window
为了对水下物体进行高速度、大范围的三维测量,提出了水下线结构光自扫描三维测量技术。采用振镜将激光面反射到被测空间,激光面与被测物体相交形成光条并被摄像机拍摄,根据像面上光条中每一点的位置计算出该点由于折射产生的偏移大小并加以补偿。再利用考虑折射后的光平面水中部分在振镜坐标系下的方程,求出物体表面的三维坐标。实验结果表明,所提出的水下自扫描系统模型及水下三维测量方法可行,在深度为0.5-1 m,测量高度为0.5 m,测量宽度为0.6 m的空间内测量精度达到0.7 mm。
水下测量 视觉探测 线结构光自扫描 激光三角法 折射
为了准确获取水下运动目标的运动轨迹,提高测量的数据率,提出了一种基于合作目标的激光水下定位方法。通过在被测目标上加装合作目标,利用合作目标的全反射特性,实现了脉冲式激光水下测角与测距的功能。介绍了激光水下定位的方法和系统组成,给出了水下定位的数学模型及测量结果。模拟实验结果表明,该方法具有一定的工程应用价值。最后,结合工程应用,对激光水下定位需要解决的一些实际问题进行了分析。
激光水下测量 蓝绿激光 水下定位 合作目标 underwater laser detection blue-green laser underwater localization cooperative target
