一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法与流程

1.本发明涉及基于图像的水下测距的技术领域，尤其涉及一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法。


背景技术：

2.目前，水下目标物的尺寸信息通常使用船载多波速和近底auv声学调查等手段来测距，这两种测距手段都是水下三点激光测距，主要针对规模尺寸较大的目标物，难以对直径一般仅为米-亚米级的目标物进行有效识别。
3.但本技术发明人在实现本技术实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
4.1、难以有效识别直径一般仅为米-亚米级的目标物；
5.2、传统水下三点激光测距俯仰角测距误差较大。


技术实现要素：

6.本技术实施例通过提供一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法，解决了现有技术中传统水下三点激光测距俯仰角测距误差较大的问题，可用于近距离测距水下不同目标物的尺寸，有测距精度高的优点。
7.本技术实施例提供了一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：包括第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、控制单元、水下密封舱；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪分别用以获取各激光测距仪到目标物体的距离信息；所述水下广角相机用以拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像；所述第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器分别用以测距水下广角相机和第三激光测距仪、第四激光测距仪的三维姿态角信息；其中，
8.所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、水下密封舱均可拆卸地安装在一支架上；所述第三水下激光测距仪和第四水下激光测距仪分别安装在所述第一水下云台和所述第二水下云台上，并且所述第三水下激光测距仪和所述第四水下激光测距仪布置在所述第一水下激光测距仪与第二水下激光测距仪之间；所述第一姿态传感器可拆卸地安装在所述第三水下激光测距仪内部，所述第二姿态传感器可拆卸地安装在所述第四水下激光测距仪内部，所述第三姿态传感器可拆卸地安装在所述水下广角相机内部；所述控制单元设置在所述水下密封舱内；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器均与所述控制单元相连。
9.优选地，还包括安装在所述水下密封舱上的输出接口，所述输出接口与所述控制
单元相连，用以控制单元中测量结果的输出。
10.优选地，所述控制单元包括用以整个测距系统供电的电源模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、用以存储目标物体的高度与宽度尺寸结果的数据存储模块以及用以显示目标物体的尺寸信息值的显示模块；其中，
11.所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、数据采集模块、数据处理模块和显示模块的输入端均与所述控制模块的输出端相连；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器的输出端均与所述数据采集模块的输入端相连，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端相连，所述数据处理模块的输出端分别与所述显示模块和所述数据存储模块的输入端相连。
12.优选地，所述第一水下云台通过控制单元使第三水下激光测距仪的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。
13.优选地，所述第二水下云台通过控制单元使第四水下激光测距仪的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。
14.优选地，所述第一水下激光测距仪与所述第二水下激光测距仪的中轴线平行。
15.优选地，所述第三水下激光测距仪与所述第一水下云台的中轴线平行。
16.优选地，所述第四水下激光测距仪与所述第二水下云台的中轴线平行。
17.一种基于图像的水下四点激光测距方法，其特征在于，采用上述所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，包括如下步骤：
18.步骤s1、所述控制模块控制第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪打开激光，控制模块控制第一水下云台和第二水下云台分别调整第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪与第一水下激光测距仪和第二水下激光测距仪之间的垂直角度，使得第三水下激光测距仪和第四水下激光测距仪的激光光斑位于目标物体上的合适位置，且四个激光光斑同时位于目标物体上，第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪分别测距出其自身与目标物体间的距离，分别标记为l1、l2、l3和l4；水下激光测距仪与目标物体间的距离l的通用计算公式如下(1)所示：
[0019][0020]
其中，f
s1
和f
s2
为两次发射激光的频率；当发射激光频率为f
s1
时，为发射激光相位与反射激光相位的相位差；当发射激光频率为f
s2
时，为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；
[0021]
步骤s2、所述水下广角相机拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像，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，根据目标物体的形貌、颜色特征从图像信息中自动识别出l1、l2、l3、l4、l5，其中l1为图像信息中第一水下激光测距仪出射光斑与第二水下激光测距仪出射光斑的水平像素距离，l2为图像信息中第三水下激光测距仪出射光斑与第一水下激光测距仪出射光斑和第二水下激光测距仪出射
光斑之间连线的垂直像素距离，l3为图像信息中第四水下激光测距仪出射光斑与第一水下激光测距仪出射光斑和第二水下激光测距仪出射光斑之间连线的垂直像素距离，l4为图像信息中目标物体的宽度像素差距离，l5为图像信息中目标物体的高度像素差距离；
[0022]
步骤s3、所述第一姿态传感器、第二姿态传感器和第三姿态传感器分别测距第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪和水下广角相机的三维姿态角信息η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，其中η1、β1、δ1分别为第三水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角，η2、β2、δ2分别为第四水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角，η3、β3、δ3分别为水下广角相机的俯仰角、横滚角和航向角；测试中第一水下云台、第二水下云台只改变水下广角相机的俯仰角、横滚角和航向角，第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角η1、β1、δ1，η2、β2、δ2均为0；
[0023]
步骤s4、已知第一水下激光测距仪与第二水下激光测距仪间的水平距离lx、第三水下激光测距仪与第一水下激光测距仪和第二水下激光测距仪之间的垂直高度ly3、第四水下激光测距仪与第一水下激光测距仪和第二水下激光测距仪之间的垂直高度ly4；根据步骤s1、步骤s2和步骤s3分别获得测距系统与多个已知目标物体间不同角度、不同距离下的数据组合width,height,l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，lx，ly3，ly4，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，使用matlab的数值拟合和优化函数分别得到已知目标物体的宽度width、高度height与l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，lx，ly3，ly4，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3间的函数关系式，即：
[0024][0025]
步骤s5、根据步骤s1、步骤s2和步骤s3测得待测目标物体的数据l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，已知lx，ly3，ly4，代入步骤s4中得到的目标物体的宽度width、高度height的函数关系式(2)，分别求得待测目标物体的实际宽度和高度尺寸信息。
[0026]
本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0027]
1、由于采用水下四点距离测量、水下光学成像和目标物尺寸(主要是高度和宽度)与距离、图像、姿态间的定量关系的机制，并结合基于图像衰减校准算法、图像的目标自动识别、“距离-图像-姿态”融合求解算法、自适应角度控制算法等关键技术，该系统能实现水下目标物尺寸近距离精确测量。
[0028]
2、该系统采用光学探测手段(如水下光学)可以直观、详细地提供水下目标物的形态特征，原位激光-图像融合测量系统可搭载于载人深潜器和rov上，用于水下近距离目标物几何尺寸的原位、快速、精确、低成本测量。
[0029]
3、本技术发明可用于近距离测量水下目标物的尺寸信息，如海底热液硫化物烟囱体几何尺寸的原位、快速、精确、低成本测量，同时可用于硫化物资源量大规模的准确估算。
附图说明
[0030]
图1为本技术实施例中各部件之间控制框图。
[0031]
图2控制单元框图示意。
具体实施方式
[0032]
本技术实施例通过提供一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法，解决了现有技术中传统水下三点激光测距俯仰角测距误差较大的问题，本实施例可用于近距离测量水下目标物的尺寸信息，如海底热液硫化物烟囱体几何尺寸的原位、快速、精确、低成本测量，同时可用于硫化物资源量大规模的准确估算。
[0033]
本技术实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题，总体思路如下：
[0034]
本技术发明采用水下四点距离测量、水下光学成像和目标物尺寸(主要是高度和宽度)与距离、图像、姿态间的定量关系的机制，并结合基于图像衰减校准算法、图像的目标自动识别、“距离-图像-姿态”融合求解算法、自适应角度控制算法等关键技术，实现水下目标物尺寸近距离精确测量。
[0035]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0036]
本技术实施例提供了一种基于图像的水下四点激光测距系统，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、第四水下激光测距仪4、第一水下云台5、第二水下云台6、水下广角相机7、第一姿态传感器8、第二姿态传感器9、第三姿态传感器10、控制单元11、水下密封舱12；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、第四水下激光测距4仪分别用以获取各激光测距仪到目标物体的距离信息；所述水下广角相机7用以拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像；所述第一姿态传感器8、第二姿态传感器9、第三姿态传感器10分别用以测距水下广角相机和第三激光测距仪3、第四激光测距仪4的三维姿态角信息；其中，
[0037]
所述第一水下激光测距仪1、第二水下激光测距仪2、第一水下云台5、第二水下云台6、水下广角相机7、水下密封舱12均可拆卸地安装在一支架上；所述第三水下激光测距仪3和第四水下激光测距仪4分别安装在所述第一水下云台5和所述第二水下云台6上，并且所述第三水下激光测距仪3和所述第四水下激光测距仪4布置在所述第一水下激光测距仪1与第二水下激光测距仪2之间；所述第一姿态传感器8可拆卸地安装在所述第三水下激光测距仪3内部，所述第二姿态传感器9可拆卸地安装在所述第四水下激光测距仪4内部，所述第三姿态传感器10可拆卸地安装在所述水下广角相机7内部；所述控制单元11设置在所述水下密封舱12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、第四水下激光测距仪4、第一水下云台5、第二水下云台6、水下广角相机7、第一姿态传感器8、第二姿态传感器9、第三姿态传感器10均与所述控制单元11相连。
[0038]
本技术实施例中，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和第四激光测距仪4可以采用北京林阳智能技术研究中心的ly-0060型号的激光测距传感器，但不限于此；第一姿态传感器8、第二姿态传感器9和第三姿态传感器10可以采用上海朗尚科贸有限公司3cp-1000-d1型号的高精度三轴电子罗盘，但不限于此；所述水下广角相机7可以采用尼康公司coolpix w300s型号的水下相机，但不限于此；所述第一水下云台5和第二水下云台6可以采用北京中瑞陆海科技有限公司ss260型号的水下云台，但不限于此。
[0039]
本技术实施例还包括安装在所述水下密封舱12上的输出接口13，所述输出接口13与所述控制单元11相连，用以控制单元11中测量结果的输出。
[0040]
参考图1，所述控制单元11包括用以整个测距系统供电的电源模块111、控制模块112、数据采集模块113、数据处理模块114、用以存储目标物体的高度与宽度尺寸结果的数据存储模块115以及用以显示目标物体的尺寸信息值的显示模块116；其中，
[0041]
参考图1和图2，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、第四水下激光测距仪4、第一水下云台5、第二水下云台6、水下广角相机7、第一姿态传感器8、第二姿态传感器9、第三姿态传感器10、数据采集模块113、数据处理模块114和显示模块116的输入端均与所述控制模块112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、第四水下激光测距仪4、水下广角相机7、第一姿态传感器8、第二姿态传感器9、第三姿态传感器10的输出端均与所述数据采集模块113的输入端相连，所述数据采集模块113的输出端与所述数据处理模块114的输入端相连，所述数据处理模块114的输出端分别与所述显示模块116和所述数据存储模块115的输入端相连。本实施例由于采用水下四点距离测量、水下光学成像和目标物尺寸(主要是高度和宽度)与距离、图像、姿态间的定量关系的机制，并结合基于图像衰减校准算法、图像的目标自动识别、“距离-图像-姿态”融合求解算法、自适应角度控制算法等关键技术，该系统能实现水下目标物尺寸近距离精确测量。
[0042]
本技术实施例中，电源模块可以采用西安华迈锂电池有限公司hm7l-j11z25l型号的锂电池，但不限于此；控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块可以采用北京恒颐创科技有限公司pcmh9263型号的atmelat91sam9263开发板，但不限于此；显示模块可以采用深圳市晶联讯电子有限公司jlx12864c-1型号的液晶显示屏，但不限于此。
[0043]
本技术实施例中，所述第一水下云台5通过控制单元11使第三水下激光测距仪3的激光光斑处于目标物体的适宜位置处；所述第二水下云台6通过控制单元11使第四水下激光测距仪4的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。所述第一水下激光测距仪1与所述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与所述第一水下云台5的中轴线平行；所述第四水下激光测距仪4与所述第二水下云台6的中轴线平行，减少测量数据的偏差，使得最终测量数据精准可靠。
[0044]
本技术实施例采用一种基于图像的水下四点激光测距系统进行测距的方法，包括如下步骤：
[0045]
步骤s1、所述控制模块112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、第四水下激光测距仪4打开激光，控制模块112控制第一水下云台5和第二水下云台6分别调整第三水下激光测距仪3、第四水下激光测距仪4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和第四水下激光测距仪4的激光光斑位于目标物体上的合适位置，且四个激光光斑同时位于目标物体上，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、第四水下激光测距仪4分别测距出其自身与目标物体间的距离，分别标记为l1、l2、l3和l4；水下激光测距仪与目标物体间的距离l的通用计算公式如下(1)所示：
[0046][0047]
其中，f
s1
和f
s2
为两次发射激光的频率；当发射激光频率为f
s1
时，为发射激光相位与反射激光相位的相位差；当发射激光频率为f
s2
时，为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；
[0048]
步骤s2、所述水下广角相机7拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像，再将图像信息传输到数据处理模块114，通过图像衰减补偿校正算法消除图像的畸变，本技术实施例采用基于暗通道先验去雾算法、图像锐化算法和中值滤波算法对图像进行预处理，暗通道先验去雾算法中先求出每个像素rgb分量中的最小值，存入一副和原始图像大小相同的灰度图，然后再对这幅灰度图进行最小值滤波，从而达到去雾目的，图像锐化算法通过对图像进行微分或使用高通滤波器等操作补偿图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得清晰，中值滤波算法去除水下成像时泥沙等颗粒物噪点和干扰脉冲的影响)；再根据根据目标物体的形貌、颜色特征从图像信息中自动识别出l1、l2、l3、l4、l5，其中l1为图像信息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为图像信息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为图像信息中第四水下激光测距仪4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，l4为图像信息中目标物体的宽度像素差距离，l5为图像信息中目标物体的高度像素差距离；
[0049]
步骤s3、所述第一姿态传感器8、第二姿态传感器9和第三姿态传感器10分别测距第三水下激光测距仪3、第四水下激光测距仪4和水下广角相机7的三维姿态角信息η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，其中η1、β1、δ1分别为第三水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角，η2、β2、δ2分别为第四水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角，η3、β3、δ3分别为水下广角相机的俯仰角、横滚角和航向角；测试中第一水下云台5、第二水下云台6只改变水下广角相机7的俯仰角、横滚角和航向角，第三水下激光测距仪3、第四水下激光测距仪4的俯仰角、横滚角和航向角η1、β1、δ1，η2、β2、δ2均为0；
[0050]
步骤s4、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lx、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ly3、第四水下激光测距仪4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ly4；根据步骤s1、步骤s2和步骤s3分别获得测距系统与多个已知目标物体间不同角度、不同距离下的数据组合width,height,l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，lx，ly3，ly4，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，使用matlab的数值拟合和优化函数分别得到已知目标物体的宽度width、高度height与l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，lx，ly3，ly4，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3间的函数关系式，即：
[0051][0052]
步骤s5、根据步骤s1、步骤s2和步骤s3测得待测目标物体的数据l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，已知lx，ly3，ly4，代入步骤s4中得到的目标物体的宽度width、高度height的函数关系式(2)，分别求得待测目标物体的实际宽度和高度尺寸信息。
[0053]
本实施例采用光学探测手段(如水下光学)可以直观、详细地提供水下目标物的形态特征，原位激光-图像融合测量系统可搭载于载人深潜器和rov上，用于水下近距离目标
物几何尺寸的原位、快速、精确、低成本测量。
[0054]
应当理解的是，虽然在上述实施例中可能使用了量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。
[0055]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：包括第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、控制单元、水下密封舱；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪分别用以获取各激光测距仪到目标物体的距离信息；所述水下广角相机用以拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像；所述第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器分别用以测距水下广角相机和第三激光测距仪、第四激光测距仪的三维姿态角信息；其中，所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、水下密封舱均可拆卸地安装在一支架上；所述第三水下激光测距仪和第四水下激光测距仪分别安装在所述第一水下云台和所述第二水下云台上，并且所述第三水下激光测距仪和所述第四水下激光测距仪布置在所述第一水下激光测距仪与第二水下激光测距仪之间；所述第一姿态传感器可拆卸地安装在所述第三水下激光测距仪内部，所述第二姿态传感器可拆卸地安装在所述第四水下激光测距仪内部，所述第三姿态传感器可拆卸地安装在所述水下广角相机内部；所述控制单元设置在所述水下密封舱内；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器均与所述控制单元相连。2.根据权利要求1所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：还包括安装在所述水下密封舱上的输出接口，所述输出接口与所述控制单元相连，用以控制单元中测量结果的输出。3.根据权利要求1或2所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述控制单元包括用以整个测距系统供电的电源模块、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、用以存储目标物体的高度与宽度尺寸结果的数据存储模块以及用以显示目标物体的尺寸信息值的显示模块；其中，所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、数据采集模块、数据处理模块和显示模块的输入端均与所述控制模块的输出端相连；所述第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器的输出端均与所述数据采集模块的输入端相连，所述数据采集模块的输出端与所述数据处理模块的输入端相连，所述数据处理模块的输出端分别与所述显示模块和所述数据存储模块的输入端相连。4.根据权利要求3所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第一水下云台通过控制单元使第三水下激光测距仪的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。5.根据权利要求4所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第二水下云台通过控制单元使第四水下激光测距仪的激光光斑处于目标物体的适宜位置处。6.根据权利要求1所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第一水下激光测距仪与所述第二水下激光测距仪的中轴线平行。
7.根据权利要求1所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第三水下激光测距仪与所述第一水下云台的中轴线平行。8.根据权利要求1所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，其特征在于：所述第四水下激光测距仪与所述第二水下云台的中轴线平行。9.一种基于图像的水下四点激光测距方法，其特征在于，采用如权利要求5～8任一项所述的一种基于图像的水下四点激光测距系统，包括如下步骤：步骤s1、所述控制模块控制第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪打开激光，控制模块控制第一水下云台和第二水下云台分别调整第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪与第一水下激光测距仪和第二水下激光测距仪之间的垂直角度，使得第三水下激光测距仪和第四水下激光测距仪的激光光斑位于目标物体上的合适位置，且四个激光光斑同时位于目标物体上，第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪分别测距出其自身与目标物体间的距离，分别标记为l1、l2、l3和l4；水下激光测距仪与目标物体间的距离l的通用计算公式如下(1)所示：其中，f
s1
和f
s2
为两次发射激光的频率；当发射激光频率为f
s1
时，为发射激光相位与反射激光相位的相位差；当发射激光频率为f
s2
时，为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s2、所述水下广角相机拍摄含有目标物体和四个激光光斑的图像，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，根据目标物体的形貌、颜色特征从图像信息中自动识别出l1、l2、l3、l4、l5，其中l1为图像信息中第一水下激光测距仪出射光斑与第二水下激光测距仪出射光斑的水平像素距离，l2为图像信息中第三水下激光测距仪出射光斑与第一水下激光测距仪出射光斑和第二水下激光测距仪出射光斑之间连线的垂直像素距离，l3为图像信息中第四水下激光测距仪出射光斑与第一水下激光测距仪出射光斑和第二水下激光测距仪出射光斑之间连线的垂直像素距离，l4为图像信息中目标物体的宽度像素差距离，l5为图像信息中目标物体的高度像素差距离；步骤s3、所述第一姿态传感器、第二姿态传感器和第三姿态传感器分别测距第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪和水下广角相机的三维姿态角信息η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，其中η1、β1、δ1分别为第三水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角，η2、β2、δ2分别为第四水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角，η3、β3、δ3分别为水下广角相机的俯仰角、横滚角和航向角；测试中第一水下云台、第二水下云台只改变水下广角相机的俯仰角、横滚角和航向角，第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪的俯仰角、横滚角和航向角η1、β1、δ1，η2、β2、δ2均为0；步骤s4、已知第一水下激光测距仪与第二水下激光测距仪间的水平距离lx、第三水下激光测距仪与第一水下激光测距仪和第二水下激光测距仪之间的垂直高度ly3、第四水下激光测距仪与第一水下激光测距仪和第二水下激光测距仪之间的垂直高度ly4；根据步骤s1、步骤s2和步骤s3分别获得测距系统与多个已知目标物体间不同角度、不同距离下的数据组合width,height,l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，lx，ly3，ly4，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、
β3、δ3，使用matlab的数值拟合和优化函数分别得到已知目标物体的宽度width、高度height与l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，lx，ly3，ly4，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3间的函数关系式，即：步骤s5、根据步骤s1、步骤s2和步骤s3测得待测目标物体的数据l1、l2、l3、l4、l1、l2、l3、l4、l5，η1、β1、δ1，η2、β2、δ2，η3、β3、δ3，已知lx，ly3，ly4，代入步骤s4中得到的目标物体的宽度width、高度height的函数关系式(2)，分别求得待测目标物体的实际宽度和高度尺寸信息。

技术总结
本发明公开了一种基于图像的水下四点激光测距系统及方法，包括第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器、控制单元、水下密封舱；第一水下激光测距仪、第二水下激光测距仪、第三水下激光测距仪、第四水下激光测距仪、第一水下云台、第二水下云台、水下广角相机、第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器均与控制单元相连。本发明可用于近距离测距水下不同目标物的尺寸，有测距精度高的优点，且克服了传统水下三点激光测距存在俯仰角测距误差较大的缺点。差较大的缺点。差较大的缺点。


技术研发人员：季长炳 张娜丽
受保护的技术使用者：灵动智能光学（杭州）有限公司
技术研发日：2022.03.08
技术公布日：2022/5/25