CN109443306B - 一种水下激光定距装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下激光定距装置，包括外部的密封箱，置于所述密封箱内的观测摄像头、第一激光束发射模块、第二激光束发射模块、第三激光束发射模块和电源，以及位于密封箱外的显示设备；所述电源为观测摄像头、三个激光束发射模块和辅助光源供电；所述观测摄像头设置于密封箱上表面的中心位置，所述第一激光束发射模块、第二激光束发射模块与第三激光束发射模块均匀设置在密封箱上表面距离中心位置为L的圆周上，调整所述三个激光束发射模块的角度使其发出的激光束与密封箱的上表面夹角为α。相比于传统的水下测距装置，本发明体积小、成本低，能够高效率、高精准地在复杂的水下环境中保持水下作业设备与海底的安全距离，以确保水下作业的顺利进行。

Description

一种水下激光定距装置

技术领域

本发明涉及一种水下测量设备，特别涉及一种在水下测量并保持作业设备与水下地面之间距离的装置，属于海洋探测和开发领域。

背景技术

在海洋探测和开发过程中，水下作业设备使用频繁，而且在深水区作业时，通常会遇到水下环境复杂、水下工作难以实施等问题。比如，水下设备投放过程中常常由于对水深、水下投放点环境等信息掌握不够充分，无法及时确定设备投放方式和投放深度，进而可能造成投放设备触底而损坏。这不仅增加了不必要的浪费，而且大大降低了探测效率。

目前常见的水下距离测量设备大多为超声波测距设备或者绿蓝激光测距设备。在实际使用中，超声波测距仪在产生超声波时需要由驱动电路驱动换能器发出超声波，且由于水下声波能量损耗较大，要产生一定距离远的声波就需要驱动电路提供较大能量。此外，由于超声波测距仪中包括前端换能器，通常体积与重量较大，限制了超声波测距设备只能在小型水下机器人设备上使用。绿蓝激光测距装置由于要产生大量特定频段的激光，不仅需要耗费巨大的能量，而且装置中需要编写复杂的前端光学系统，在实际使用时非常不便。

因此，超声波测距设备和绿蓝激光测距设备作为目前较为成熟的水下测距工具，由于其自身设备体积和原理上的限制，以及在短距离的测距精度上差强人意，不能满足设备在水下的防护功能。

近年来，水下视觉定距作为机器视觉在定距领域的创新性应用，在测量精度及算法实现上，相较于传统定距技术，逐渐显露出极大的优越性。因此，针对水下短距离定距这一特殊的观测需求，设计一款高效率、高精准且低成本的水下定距设备，对水下作业具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率、高精准且成本低、体积小的水下激光定距装置，以弥补现有技术的不足。

为了达到上述发明目的，本发明利用激光传输亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征，结合几何学中三角形的结构特点，提出一种基于二维图像的单目三点视觉定距装置，通过在平面上均匀设置三个激光束，测量每个激光束与平面中心的距离L并预设激光束发射模块所在平面与海底地面的安全距离H，根据，计算出三个激光束发出的光线与平面的夹角，进而预先设置三个激光束发射的夹角，将定距装置与水下作业设备固定后一起下水；在水下作业设备下放过程中，通过显示设备实时接收观测摄像头传输的水下画面，观察三个激光束在海底投射点位置的变化，当三个投射点由四周汇聚到中心点时，说明下水设备已经达到安全距离H，此时应停止设备继续下放。

本发明具体的技术方案如下：

一种水下激光定距装置，其特征在于，包括外部的密封箱，置于所述密封箱内的观测摄像头、第一激光束发射模块、第二激光束发射模块、第三激光束发射模块和电源，以及位于密封箱外的显示设备；所述电源为观测摄像头、三个激光束发射模块和辅助光源供电；所述观测摄像头设置于密封箱上表面的中心位置，所述第一激光束发射模块、第二激光束发射模块与第三激光束发射模块均匀设置在密封箱上表面距离中心位置为L的圆周上，调整所述三个激光束发射模块的角度使其发出的激光束与密封箱的上表面夹角为。

所述密封箱为圆柱体状结构，下表面采用透光材料。

所述显示设备位于水面以上，通过有线或无线方式与观测摄像头连接。

所述三个激光束发射模块的光源采用半导体激光器。

所述观测摄像头还带有辅助光源，所述辅助光源为环状结构的面光源，围绕所述观测摄像头呈环状分布。

所述观测摄像头借助辅助光源发出的强光，拍摄三个激光束模块投射在海底的光斑位置，并通过有线或无线方式实时传输至显示设备。

本发明通过测量三个激光束发射模块与密封箱上表面中心的距离L，预设激光束发射模块所在平面与海底地面的安全距离H，计算出第一激光束发射模块、第二激光束发射模块与第三激光束发射模块发出的射线与密封箱的上表面的夹角，即。在本装置下水之前即设置好三个激光束发射模块的夹角，下水后通过观察显示设备中三个激光束发射模块发出的激光束是否交于一点，来判断下水设备是否达到安全距离H。

本发明的优点和有益效果：

本发明利用激光的传输特性和三棱锥在空间中的几何特性原理，实时调整与保持水下作业设备与海底的距离，为设备在水下作业过程中的安全提供保障。

相比于传统的水下测距装置，本发明体积小、成本低，能够高效率、高精准地在复杂的水下环境中保持水下作业设备与海底的安全距离，以确保水下作业的顺利进行。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图。

图2是本发明装置的平面示意图。

图3是当水下作业设备与水下地面的距离大于安全距离时，发射激光束的落点示意图。

图4是当水下作业设备与水下地面的距离等于安全距离时，发射激光束的落点示意图。

图中，1、密封箱，2、观测摄像头，3、第一激光束发射模块，4、第二激光束发射模块，5、第三激光束发射模块，6、辅助光源，7、电源，8、显示设备，9、水下作业设备。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本发明做进一步的解释和说明。

如图1和图2所示，本发明包括外部圆柱体状结构的密封箱1，置于密封箱1内的观测摄像头2、第一激光束发射模块3、第二激光束发射模块4、第三激光束发射模块5、辅助光源6、电源7，以及位于密封箱1外的显示设备8，所述密封箱1下表面采用透光材料，如有机玻璃或者聚碳酸酯材料。

所述显示设备8位于水面以上，通过无线网络实时接收观测摄像头2拍摄到的水下画面。

所述观测摄像头2、三个激光束发射模块、辅助光源6均由电源7供电；所述观测摄像头2与辅助光源6固定于密封箱1上表面的中心位置，且观测摄像头2位于辅助光源6的环状结构中心；所述第一激光束发射模块3、第二激光束发射模块4与第三激光束发射模块5采用型号为M-22B648-50-L的半导体激光器，均匀设置于密封箱1上表面距离中心位置为L的圆周上，即所述三个激光束发射模块与密封箱底盘中心的连线互成120°夹角，所述三个激光束发射模块发出的激光束与密封箱1的上表面底盘的夹角为。

所述观测摄像头2借由辅助光源6发出的强光，拍摄三个激光束模块投射在海底的光斑位置，并通过内置在观测摄像头内的无线网卡实时传输至显示设备8中。

本发明通过测量三个激光束发射模块与密封箱1上表面中心的距离L，预设激光束发射模块所在平面与海底底面的安全距离H，计算出第一激光束发射模块3、第二激光束发射模块4与第三激光束发射模块5发出的射线与密封箱1的上表面的夹角，为。在本装置下水之前即设置好三个激光束发射模块的夹角，下水后通过观察显示设备中三个激光束发射模块发出的射线是否交于一点，来判断下水设备是否达到安全距离H。

本发明在使用前，首先确定此次水下作业的安全距离H，计算好三个激光束发射模块的夹角并在装置中精准设定，将本发明的装置固定在水下作业设备9的底部，随后打开密封箱1中的辅助光源6和三个激光束发射模块，将其随水下作业设备9一同下放到水中进行水下作业。

如图3所示，在水下设备和本发明装置刚刚下放时还远未达到安全距离H，通过显示设备观察到的光斑为分散的三个激光投射点。而随着下潜深度的不断增加，这三个激光束发射模块发出的光束必然会相交于一点，如图4所示，此时就到达了作业设备下方的安全距离H，应立即停止水下设备的下放。

上述实施实例仅说明本设计的原理和方法，并非用于限制本发明。任何对此技术和原理了解的人士都可在不违背本发明的精神和范畴下，对上述实施例进行修饰和改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神和技术思想下所完成的一切等效修饰和改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种水下激光定距装置，其特征在于，包括外部的密封箱，置于所述密封箱内的观测摄像头、第一激光束发射模块、第二激光束发射模块、第三激光束发射模块和电源，以及位于密封箱外的显示设备；所述电源为观测摄像头、三个激光束发射模块和辅助光源供电；所述观测摄像头设置于密封箱上表面的中心位置，所述第一激光束发射模块、第二激光束发射模块与第三激光束发射模块均匀设置在密封箱上表面距离中心位置为L的圆周上，调整所述三个激光束发射模块的角度使其发出的激光束与密封箱的上表面夹角为α。

2.如权利要求1所述的水下激光定距装置，其特征在于所述密封箱为圆柱体状结构。

3.如权利要求1或2所述的水下激光定距装置，其特征在于所述密封箱下表面采用透光材料。

4.如权利要求1所述的水下激光定距装置，其特征在于所述显示设备位于水面以上，通过有线或无线方式与观测摄像头连接。

5.如权利要求1所述的水下激光定距装置，其特征在于所述三个激光束发射模块的光源采用半导体激光器。

6.如权利要求1所述的水下激光定距装置，其特征在于所述观测摄像头还带有辅助光源，所述辅助光源为环状结构的面光源，围绕所述观测摄像头呈环状分布。