CN110488314A - 一种水下三维扫描方法及水下三维扫描设备 - Google Patents

一种水下三维扫描方法及水下三维扫描设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水下激光三维扫描技术领域，特别涉及一种水下三维扫描方法及水下三维扫描设备，在接收到一控制指令后，通过调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向，使得位于水下的被扫描物同时处于摄像方向以及线激光发射方向上，以便得到带有线激光的图像信息，根据得到的带有线激光的图像信息，计算得到位于图像信息内的被扫描物的三维坐标点，再根据三维坐标点进行三维点云拟合处理，得到被扫描物的三维成像，从而实现对水下的探测，保证成像效果的同时又兼顾价格，并且可以用于搭载水下机器人进行测探作业。

Description

一种水下三维扫描方法及水下三维扫描设备
技术领域
本发明涉及水下激光三维扫描技术领域，特别涉及一种水下三维扫描方法及水下三维扫描设备。
背景技术
随着社会经济的发展和水下资源的不断开发，对于水下的探测和开发的作业也越来越多，需要用到声学和光学探测设备对水下环境进行感知。以成像声呐为代表的声学探测设备通过发射声波在水下进行声成像，但这种成像方式基本只能看见物体的轮廓，会丢失被测物体的细节部分，而且成像声呐的成本较为高昂；另一种常用的方式是通过光学成像设备对水下物体进行成像，但光波在水下由于吸收和散射的作用导致光学成像设备可视距离短，受水域环境影响较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种水下三维扫描方法及水下三维扫描设备。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案为：
一种水下三维扫描方法，包括以下步骤：
接收到一控制指令时，调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向，使位于水下的被扫描物同时处于所述摄像方向以及线激光发射方向上；
同时执行摄像和发射线激光，得到带有线激光的图像信息；
根据所述图像信息，计算得到位于所述图像信息内的被扫描物的三维坐标点；
根据所述三维坐标点进行三维点云拟合处理，得到被扫描物的三维成像。
本发明采用的第二种技术方案为：
一种水下三维扫描设备，包括防水壳体，所述防水壳体内设有主控电路板、方向调节装置、摄像装置和线激光器；
所述主控电路板分别与所述方向调节装置、摄像装置和线激光器电连接，所述摄像装置和线激光器分别安装于所述方向调节装置上。
本发明的有益效果在于：
在接收到一控制指令后，通过调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向，使得位于水下的被扫描物同时处于摄像方向以及线激光发射方向上，以便得到带有线激光的图像信息，根据得到的带有线激光的图像信息，计算得到位于图像信息内的被扫描物的三维坐标点，再根据三维坐标点进行三维点云拟合处理，得到被扫描物的三维成像，从而实现对水下的探测，保证成像效果的同时又兼顾价格，并且可以用于搭载水下机器人进行测探作业。
附图说明
图1为根据本发明的一种水下三维扫描方法的步骤流程图；
图2为根据本发明的一种水下三维扫描设备的结构示意图；
标号说明：
1、主控电路板；2、线激光器；3、摄像装置；4、方向调节装置；5、陀螺仪。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，本发明提供的一种技术方案：
一种水下三维扫描方法，包括以下步骤：
接收到一控制指令时，调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向，使位于水下的被扫描物同时处于所述摄像方向以及线激光发射方向上；
同时执行摄像和发射线激光，得到带有线激光的图像信息；
根据所述图像信息，计算得到位于所述图像信息内的被扫描物的三维坐标点；
根据所述三维坐标点进行三维点云拟合处理，得到被扫描物的三维成像。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
在接收到一控制指令后，通过调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向，使得位于水下的被扫描物同时处于摄像方向以及线激光发射方向上，以便得到带有线激光的图像信息，根据得到的带有线激光的图像信息，计算得到位于图像信息内的被扫描物的三维坐标点，再根据三维坐标点进行三维点云拟合处理，得到被扫描物的三维成像，从而实现对水下的探测，保证成像效果的同时又兼顾价格，并且可以用于搭载水下机器人进行测探作业。
进一步的，还包括以下步骤：
执行摄像时同时开始记录移动轨迹参数。
由上述描述可知，在摄像的同时记录移动轨迹参数能够记录下三维扫描设备晃动的空间偏移以便于后期的处理校正得到更好地还原效果，从而得到更为精准的扫描图。
进一步的，调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向时，所述线激光始终保持在摄像画面内。
由上述描述可知，在调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向时，线激光始终保持在摄像画面内能够提高三维成像采集的效率和成像的清晰度。
进一步的，所述控制指令由水下机器人发出。
请参照图2，本发明提供的另一种技术方案：
一种水下三维扫描设备，包括防水壳体，所述防水壳体内设有主控电路板、方向调节装置、摄像装置和线激光器；
所述主控电路板分别与所述方向调节装置、摄像装置和线激光器电连接，所述摄像装置和线激光器分别安装于所述方向调节装置上。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
主控电路板、方向调节装置、摄像装置和线激光器均设置在防水壳体内，在水下能够起到保护和散热作用；通过设置主控电路板，主控电路板分别与方向调节装置、摄像装置和线激光器电连接，主控电路板为三维扫描设备的采集和处理核心，内置工作程序，在接收水下机器人下发的工作指令后，调用各个功能模块按照程序预设定的流程开始工作，完成图像采集；通过设置方向调节装置，将摄像装置和线激光器分别安装于方向调节装置上，由方向调节装置来带动摄像装置和线激光器进行转动扫描，使得位于水下的被扫描物同时处于摄像方向以及线激光发射方向上，以便得到带有线激光的图像信息且增大扫描的范围。
进一步的，所述防水壳体内还设有陀螺仪，所述陀螺仪与主控电路板电连接。
从上述描述可知，因为三维扫描设备在水下运动中会因为水流扰动而出现晃动，因而设置陀螺仪，能够记录下晃动的空间偏移以便于后期的处理校正得到更好地还原效果。
进一步的，所述摄像装置和线激光器的相对位置始终保持不变，且所述线激光器射出的线激光位于在摄像装置的摄像画面内。
从上述描述可知，摄像装置和线激光器的相对位置始终保持不变，且线激光器射出的线激光位于在摄像装置的摄像画面内能够提高三维成像采集的效率和成像的清晰度。
进一步的，所述方向调节装置包括转轴以及驱动电机，所述转轴与所述驱动电机传动连接，所述摄像装置和线激光器分别安装于所述转轴上，所述驱动电机与所述主控电路板电连接。
从上述描述可知，主控电路板接收到指令后，由驱动电机驱动转轴转动一个角度，摄像装置和线激光器分别安装于转轴上，转轴的转动带动摄像装置和线激光器转动扫描，以便增大三维扫描设备的扫描的范围。
进一步的，所述线激光器内设有偏振片，所述线激光器发射的线激光的工作波长为545-725nm且所述线激光器发射的线激光的发散角度为35°-50°；
所述摄像装置为工业摄像机。
从上述描述可知，线激光器内设置偏振片使得线激光器的出射光为偏振光；线激光器发射的线激光采用工作波长为545-725nm且所述线激光器发射的线激光的发散角度为35°-50°，工业摄像机采集被扫描物体反射的线激光，同时具备高分辨率和低照度感光能力，可以接受被扫描物体反射的微弱激光，从而可以增大三维扫描设备的工作范围。
进一步的，所述水下三维扫描设备安装在水下机器人上，且所述主控电路板上设有与水下机器人建立通信连接的通信模块。
从上述描述可知，主控电路板上设置与水下机器人建立通信连接的通信模块，用以接收水下机器人的发送指令。
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种水下三维扫描方法，包括以下步骤：
接收到一控制指令时，调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向，使位于水下的被扫描物同时处于所述摄像方向以及线激光发射方向上；
同时执行摄像和发射线激光，得到带有线激光的图像信息；
根据所述图像信息，计算得到位于所述图像信息内的被扫描物的三维坐标点；
根据所述三维坐标点进行三维点云拟合处理，得到被扫描物的三维成像。
还包括以下步骤：
执行摄像时同时开始记录移动轨迹参数。
调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向时，所述线激光始终保持在摄像画面内。
所述控制指令由水下机器人发出。
请参照图2，本发明的实施例二为：
一种水下三维扫描设备，包括防水壳体，所述防水壳体内设有主控电路板1、方向调节装置4、摄像装置3和线激光器2；
所述主控电路板1分别与所述方向调节装置4、摄像装置3和线激光器2电连接，所述摄像装置3和线激光器2分别安装于所述方向调节装置4上。
所述方向调节装置4包括转轴以及驱动电机，所述转轴与所述驱动电机传动连接，所述摄像装置3和线激光器2分别安装于所述转轴上，所述驱动电机与所述主控电路板1电连接。
所述摄像装置3和线激光器2均可采用固定安装于所述方向调节装置4上的方式，在转轴转动时能够带动摄像装置3和线激光器2同时转动扫描，所述摄像装置3和线激光器2的相对位置始终保持不变，且所述线激光器2射出的线激光位于在摄像装置3的摄像画面内，从而能够增大三维扫描设备的扫描范围。
所述水下三维扫描设备安装在水下机器人上，且所述主控电路板1上设有与水下机器人建立通信连接的通信模块。
所述主控电路板1为所述三维扫描设备的采集和处理核心，内置工作程序，在接收水下机器人下发的工作指令后，调用各个功能模块按照程序预设定的流程开始工作，完成图像采集，主控电路板1内置一块高性能处理芯片负责对采集的图像进行处理，求解出被扫描物体的三维点云，从而实现对水下的探测，保证成像效果的同时又兼顾价格。
本方案设计的水下三维扫描设备的线激光器2选用的是大功率激光器，所述线激光器2内设有偏振片，例如所述线激光器2发射的线激光的工作波长为545-725nm(优选为625nm)且所述线激光器2发射的线激光的发散角度为35°-50°(优选为40°)，由于光发散角度较小，因此相比于普通的光学成像设备可以在水下传播更长的距离，同时线激光器2出射的是偏振态激光，可以在水下有效地避免后向散射带来的不利影响。
所述摄像装置3为工业摄像机，工业摄像机具备高分辨率成像能力，因此可以获取较多的点云数据，从而得到被测物体更多的细节。
因为水下机器人在水下运动中会因为水流扰动而出现晃动，因此在所述防水壳体内设置陀螺仪5，所述陀螺仪5与主控电路板1电连接，用陀螺仪5记录下晃动的空间偏移以便于后期的处理校正得到更好地还原效果。
本方案设计的三维扫描设备在整个技术方案中所采用的器件均为规模化量产器件，因而与成像声呐相比，整个水下三维扫描设备的成本低廉许多。
综上所述，本发明提供的一种水下三维扫描方法及水下三维扫描设备，在接收到一控制指令后，通过调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向，使得位于水下的被扫描物同时处于摄像方向以及线激光发射方向上，以便得到带有线激光的图像信息，根据得到的带有线激光的图像信息，计算得到位于图像信息内的被扫描物的三维坐标点，再根据三维坐标点进行三维点云拟合处理，得到被扫描物的三维成像，从而实现对水下的探测，保证成像效果的同时又兼顾价格，并且可以用于搭载水下机器人进行测探作业；主控电路板、方向调节装置、摄像装置和线激光器均设置在防水壳体内，在水下能够起到保护和散热作用；通过设置主控电路板，主控电路板分别与方向调节装置、摄像装置和线激光器电连接，主控电路板为三维扫描设备的采集和处理核心，内置工作程序，在接收水下机器人下发的工作指令后，调用各个功能模块按照程序预设定的流程开始工作，完成图像采集；通过设置方向调节装置，将摄像装置和线激光器分别安装于方向调节装置上，由方向调节装置来带动摄像装置和线激光器进行转动扫描，使得位于水下的被扫描物同时处于摄像方向以及线激光发射方向上，以便得到带有线激光的图像信息且增大扫描的范围。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水下三维扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：
接收到一控制指令时，调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向，使位于水下的被扫描物同时处于所述摄像方向以及线激光发射方向上；
同时执行摄像和发射线激光，得到带有线激光的图像信息；
根据所述图像信息，计算得到位于所述图像信息内的被扫描物的三维坐标点；
根据所述三维坐标点进行三维点云拟合处理，得到被扫描物的三维成像。
2.根据权利要求1所述的水下三维扫描方法，其特征在于，还包括以下步骤：
执行摄像时同时开始记录移动轨迹参数。
3.根据权利要求1所述的水下三维扫描方法，其特征在于，调节位于水下的摄像方向以及线激光发射方向时，所述线激光始终保持在摄像画面内。
4.根据权利要求1所述的水下三维扫描方法，其特征在于，所述控制指令由水下机器人发出。
5.一种水下三维扫描设备，其特征在于，包括防水壳体，所述防水壳体内设有主控电路板、方向调节装置、摄像装置和线激光器；
所述主控电路板分别与所述方向调节装置、摄像装置和线激光器电连接，所述摄像装置和线激光器分别安装于所述方向调节装置上。
6.根据权利要求5所述的水下三维扫描设备，其特征在于，所述防水壳体内还设有陀螺仪，所述陀螺仪与主控电路板电连接。
7.根据权利要求5所述的水下三维扫描设备，其特征在于，所述摄像装置和线激光器的相对位置始终保持不变，且所述线激光器射出的线激光位于在摄像装置的摄像画面内。
8.根据权利要求5所述的水下三维扫描设备，其特征在于，所述方向调节装置包括转轴以及驱动电机，所述转轴与所述驱动电机传动连接，所述摄像装置和线激光器分别安装于所述转轴上，所述驱动电机与所述主控电路板电连接。
9.根据权利要求5所述的水下三维扫描设备，其特征在于，所述线激光器内设有偏振片，所述线激光器发射的线激光的工作波长为545-725nm且所述线激光器发射的线激光的发散角度为35°-50°；
所述摄像装置为工业摄像机。
10.根据权利要求5所述的水下三维扫描设备，其特征在于，所述水下三维扫描设备安装在水下机器人上，且所述主控电路板上设有与水下机器人建立通信连接的通信模块。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111182285A (zh) * 2019-12-30 2020-05-19 陕西格兰浮智能科技有限公司 一种水下物体的图像采集方法及装置
CN111751839A (zh) * 2020-06-30 2020-10-09 博雅工道（北京）机器人科技有限公司 一种水下智能扫描微分激光尺
CN112254668A (zh) * 2020-10-12 2021-01-22 青岛图海纬度科技有限公司 一种应用于水下的三维扫描成像设备及成像方法
CN112764054A (zh) * 2020-12-13 2021-05-07 浙江大学 一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108534710A (zh) * 2018-05-10 2018-09-14 清华大学深圳研究生院 一种单线激光的三维轮廓扫描装置及方法
JP2019058126A (ja) * 2017-09-27 2019-04-18 株式会社マクシスエンジニアリング 水質管理方法
CN109668511A (zh) * 2019-01-30 2019-04-23 中国海洋大学 一种适用于水槽的人工鱼礁堆积形态测量装置及方法
CN109709574A (zh) * 2019-01-09 2019-05-03 国家海洋局第一海洋研究所 一种海底微地形激光扫描成像系统及三维地形重建方法
CN110044300A (zh) * 2019-01-22 2019-07-23 中国海洋大学 基于激光器的两栖三维视觉探测装置及探测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019058126A (ja) * 2017-09-27 2019-04-18 株式会社マクシスエンジニアリング 水質管理方法
CN108534710A (zh) * 2018-05-10 2018-09-14 清华大学深圳研究生院 一种单线激光的三维轮廓扫描装置及方法
CN109709574A (zh) * 2019-01-09 2019-05-03 国家海洋局第一海洋研究所 一种海底微地形激光扫描成像系统及三维地形重建方法
CN110044300A (zh) * 2019-01-22 2019-07-23 中国海洋大学 基于激光器的两栖三维视觉探测装置及探测方法
CN109668511A (zh) * 2019-01-30 2019-04-23 中国海洋大学 一种适用于水槽的人工鱼礁堆积形态测量装置及方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111182285A (zh) * 2019-12-30 2020-05-19 陕西格兰浮智能科技有限公司 一种水下物体的图像采集方法及装置
CN111751839A (zh) * 2020-06-30 2020-10-09 博雅工道（北京）机器人科技有限公司 一种水下智能扫描微分激光尺
CN111751839B (zh) * 2020-06-30 2022-03-25 博雅工道（北京）机器人科技有限公司 一种水下智能扫描微分激光尺
CN112254668A (zh) * 2020-10-12 2021-01-22 青岛图海纬度科技有限公司 一种应用于水下的三维扫描成像设备及成像方法
CN112764054A (zh) * 2020-12-13 2021-05-07 浙江大学 一种基于三维激光扫描技术的桥梁水下无线监测重构装置

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