CN105241381A - 拖网模型网口测量方法 - Google Patents

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戴阳
王鲁民
周爱忠
王磊
杨胜龙
刘永利
崔雪森
郭彦鹏
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Abstract

本发明涉及一种拖网模型网口测量方法，包括以下步骤：设计用于固定一字线激光器、拖网模型和相机的支架、固定拖网模型、安装一字线激光器并形成亮环、选择相机并作防水处理、安装相机并清晰成像、测量一字线激光器到相机镜头的距离，获取镜头焦距和像素尺寸、计算成像大小、计算亮环大小和对测量参数进行校准。本发明方法能够对水流中移动的拖网模型网口张开的大小和形状进行测量。

Description

拖网模型网口测量方法
技术领域
本发明涉及水下物体测量技术领域，特别是涉及一种拖网模型网口的测量方法。
背景技术
拖网是远洋捕捞中经常使用的网具之一。拖网是一种圆锥状的网具，通过拖曳前端的两个网袖，设计良好的拖网网口会在水流的冲击下张开，网口所覆盖范围内的鱼类将被拖入网身内而被捕获。在使用过程中拖网网口张开的大小和形状直接影响拖网的效率，是拖网网具的重要参数，也是拖网设计中关键因素之一。在网具设计阶段，一般通过制作按比例缩小的拖网模型，测量其在工作速度下网口的大小和形状，通过换算得到实际拖网的数据，以指导网具设计。
对水下物体的测量一般采用声纳方法进行，由于拖网模型的线径细、网孔大，造成声纳回波信号噪声大，测量精度差。
直接采用摄影技术进行测量，由于网袖和网口之间没有明确的界线，不易确定网口的位置。
目前还没有专用的拖网网口测量工具。
激光具有亮度高、准直性好等特点，在现代已经得到了广泛的应用，也已经被应用到测量系统中。
常见准直激光器，垂直照射到物体上形成一个亮点。如果需要在物体上形成一条准直亮线，需要用到一字线激光器，这种激光器发出的是扇形光面，照射到平面上得到一条直的亮线。
如果一字线激光器发出的光照射到网具上，由于网孔的存在，使得激光除了在网片上会形成一条亮线外，还会透过网孔，射到后面，如果后面还有一个网片，还会在第二个网片上形成亮线。如果网具为圆桶状，扇形激光从桶外一定距离照射桶形网具，可在网具上形成一个截面，激光与网具相交处将形成一个亮环。
一般的相机成像，可用凸透镜成像进行简化计算：
如图1所示，物体的高度为h，成像高度为h1，物体到镜头的距离BO为物距u，成像到镜头的距离OB1为象距v，镜头的焦距为f。
由成像公式1/f＝1/u+1/v得：v＝fu/(u-f)(1)
由于ΔABO∽ΔA1B1O,有h＝h1u/v(2)
将(1)式带入(2)得：h＝h1(u-f)/f(3)
因此，利用像的高度h1和物距u，再结合已知的镜头焦距f，就可以利用公式(3)计算出物体高度h，而像的高度h1可以通过相机像素大小和像所占的像素数计算出。同理可利用像的面积计算出实际网口的面积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种拖网模型网口测量方法，能够对水流中移动的拖网模型网口张开的大小和形状进行测量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种拖网模型网口测量方法，包括以下步骤：
(1)设计一个用于固定一字线激光器、拖网模型和相机的支架；
(2)将拖网模型固定到支架上，网口朝向相机的安装方向；
(3)安装一字线激光器，所述一字线激光器安装在拖网模型网口的外围，调节一字线激光器的角度至一字线激光器发出的扇形光面与拖网模型的前进方向垂直，调节一字线激光器与拖网模型之间的距离至扇形光面覆盖整个拖网模型的网口，并形成一个亮环；
(4)选择相机，并对相机作防水处理；
(5)安装相机，所述相机安装在拖网模型网口的正前方，高度为张开网口的中间位置，调节相机与拖网模型之间的距离至完整拍摄网口的像，调节相机的焦距至亮环成像最清晰；
(6)测量一字线激光器到相机镜头的距离，根据相机的参数得到镜头焦距、像素尺寸；
(7)利用图像处理技术计算出激光亮环在相机上成像的大小，然后利用公式h＝h1(u-f)/f计算出网口大小；
(8)对测量参数进行校准。
所述一字线激光器采用波长为532nm的绿色激光。
所述一字线激光器激光发散的角度不小于90°。
所述一字线激光器安装于拖网模型的上方。
所述相机采用1280*720以上的高清摄像头。
所述相机感光元件的宽边与网口宽的方向一致。
所述步骤(8)中测量参数校准方法是在安装好的系统中、拖网模型网口处竖直设置间距已知的网格板，记录相机的成像以及网格板上网口对应点到网口中心线之间的距离，建立二者之间的对应关系作为计算公式的修正数据。
有益效果
本发明通过一个支架将拖网模型、一字线激光器和相机固定起来，使得三者在水流中移动的位置关系相对固定，一字线激光器发散的扇形激光在拖网模型网口形成一个亮环，当该亮环在相机中清晰成像时，即可根据成像公式得到像距，再通过测量物距和计算成像尺寸即可算出拖网模型网口在水流中张开的大小，相机成像的形状也就是水中拖网模型网口的形状。另外，采用激光照射成像的测量方式，避免了接触式测量过程中可能导致的形变，保证了测量精度。
附图说明
图1为凸透镜成像的原理示意图。
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图2所示的一种拖网模型网口测量方法，其测量原理为：利用一个支架，一字线激光器1、拖网模型2和相机3都固定在该支架上，三者之间的位置相对固定，支架可以带领三者同时在水中以一定速度移动，模拟拖网在水中作业。将一字线激光器1固定于拖网模型2网口外围，将其发出的光竖直投射到拖网模型2网口，在拖网模型2上形成一个与拖网模型2网身垂直的截面，由于水本身对激光反射很少，拖网模型2网衣部分对激光反射较强，所以在拖网模型2网衣上形成一个亮环。在拖网模型2网口前放置一个防水的相机3，相机3可以拍下整个亮环的成像，亮环的形状就是网口的形状，亮环的尺寸可根据公式(3)计算得出。
在一字线激光器1的后面还可以按同样的方式设置第二、第三一字线激光器，可以用于观察拖网模型口径随位置的变化。
具体包括以下步骤：
(1)设计一个用于固定一字线激光器1、拖网模型2和相机3的支架；
(2)将拖网模型2固定到支架上，网口朝向相机3的安装方向；
(3)安装一字线激光器1。据研究，蓝绿光在海水中穿透能力较好，故一字线激光器1采用波长为532nm的绿色激光，其扇形发散角不小于90°，以保证扇形光更容易完整地截取拖网模型2的网口。一字线激光器1安装在拖网模型2的外围，通常安装于拖网模型2的上方，调节一字线激光器1的角度至一字线激光器1发出的扇形光面与拖网模型2的前进方向垂直，调节一字线激光器1与拖网模型2之间的距离至扇形光面覆盖整个拖网模型2的网口，截面与拖网模型2网片相交处形成一个亮环；
(4)选择相机3，相机3可采用1280*720以上的高清摄像头，并对相机作防水处理，使其可以长期在水下工作；
(5)安装相机3。相机3安装在拖网模型2网口的正前方，高度为张开网口的中间位置，调节相机3与拖网模型2之间的距离至完整拍摄网口的像，调节相机3的焦距至亮环成像最清晰。为充分利用摄像头分辨率，结合拖网模型2网口形状，将相机3感光元件(即CCD)的宽边与网口宽的方向一致；
(6)测量一字线激光器1到相机3镜头的距离，根据相机3的参数得到镜头焦距、像素尺寸；
(7)利用图像处理技术计算出激光亮环在相机3上成像的大小，然后利用公式h＝h1(u-f)/f计算出网口大小；
(8)由于镜头畸变、水的折射等原因，导致成像与理想状态会产生差异，这些差异会导致测量误差增大，因此需要对测量参数进行校准。校准的方法是安装好系统后，在拖网模型2网口处竖直放置间距已知的网格板，记录此时相机3的成像以及网格板上网口对应点到网口中心线之间的距离，建立二者之间的对应关系作为对计算公式的修正数据。

Claims (7)

1.一种拖网模型网口测量方法，包括以下步骤：
(1)设计一个用于固定一字线激光器(1)、拖网模型(2)和相机(3)的支架；
(2)将拖网模型(2)固定到支架上，网口朝向相机(3)的安装方向；
(3)安装一字线激光器(1)，所述一字线激光器(1)安装在拖网模型(2)网口的外围，调节一字线激光器(1)的角度至一字线激光器(1)发出的扇形光面与拖网模型(2)的前进方向垂直，调节一字线激光器(1)与拖网模型(2)之间的距离至扇形光面覆盖整个拖网模型(2)的网口，并形成一个亮环；
(4)选择相机(3)，并对相机(3)作防水处理；
(5)安装相机(3)，所述相机(3)安装在拖网模型(2)网口的正前方，高度为张开网口的中间位置，调节相机(3)与拖网模型(2)之间的距离至完整拍摄网口的像，调节相机(3)的焦距至亮环成像最清晰；
(6)测量一字线激光器(1)到相机(3)镜头的距离，根据相机(3)的参数得到镜头焦距、像素尺寸；
(7)利用图像处理技术计算出激光亮环在相机(3)上成像的大小，然后利用公式h＝h1(u-f)/f计算出网口大小；
(8)对测量参数进行校准。
2.根据权利要求1所述的一种拖网模型网口测量方法，其特征在于：所述一字线激光器(1)采用波长为532nm的绿色激光。
3.根据权利要求1所述的一种拖网模型网口测量方法，其特征在于：所述一字线激光器(1)激光发散的角度不小于90°。
4.根据权利要求1所述的一种拖网模型网口测量方法，其特征在于：所述一字线激光器(1)安装于拖网模型(2)的上方。
5.根据权利要求1所述的一种拖网模型网口测量方法，其特征在于：所述相机(3)采用1280*720以上的高清摄像头。
6.根据权利要求1所述的一种拖网模型网口测量方法，其特征在于：所述相机(3)感光元件的宽边与网口宽的方向一致。
7.根据权利要求1所述的一种拖网模型网口测量方法，其特征在于：所述步骤(8)中测量参数校准方法是在安装好的系统中、拖网模型(2)网口处竖直设置间距已知的网格板，记录相机(3)的成像以及网格板上网口对应点与网口中心线之间的距离，建立二者之间的对应关系作为计算公式的修正数据。
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