CN110514302A - 基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法 - Google Patents
基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110514302A CN110514302A CN201910767560.2A CN201910767560A CN110514302A CN 110514302 A CN110514302 A CN 110514302A CN 201910767560 A CN201910767560 A CN 201910767560A CN 110514302 A CN110514302 A CN 110514302A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- equipment
- camera
- fiber
- binocular
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 93
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 72
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 51
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 101100115751 Trypanosoma brucei brucei dnaaf11 gene Proteins 0.000 claims description 3
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 102100027340 Slit homolog 2 protein Human genes 0.000 description 2
- 101710133576 Slit homolog 2 protein Proteins 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 241000555825 Clupeidae Species 0.000 description 1
- 241001454694 Clupeiformes Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 241000242583 Scyphozoa Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- MZZUATUOLXMCEY-UHFFFAOYSA-N cobalt manganese Chemical compound [Mn].[Co] MZZUATUOLXMCEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N iron manganese Chemical compound [Mn].[Fe] DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
- B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
- B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
- G01J2003/425—Reflectance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明专利公开了一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法,本专利核心系统包括小型光机设备系统和光纤光谱探测系统两大模块,小型光机设备系统中的远程控制台对水下设备进行控制,吊放设备将小型水下机器设备放入水中,小型水下机器设备本体上装有观测设备和作业设备,包括摄像机、照明灯、机械手和光纤光谱仪的搭载框架,光纤光谱仪置于搭载框架中,光纤光谱探测系统中的光学平台将光纤返回的光谱数据进行解析,双目检测装置放置于光纤靠近物体的端部,用于精准检测光纤口和待测物体距离。
Description
技术领域
本发明专利属于光纤检测技术领域,具体涉及一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法。
背景技术
海洋的资源十分丰富,比如有矿产资源铁锰结核、钴锰结核等;有浮游生物资源硅藻、水母、原生动物等;有鱼类资源鳀科、鲱科等,海洋资源丰富多样,所以研究海洋资源具有十分深远的意义,海洋资源能够迎合人们对资源日益高涨的需求量,世界各国也在积极研发各种技术手段来检测海洋资源并进行资源开发,当下,光纤检测技术已经得到了很大程度的发展,海洋环境具备不稳定性和恶劣性的特点,利用光纤光谱仪技术对海洋资源开发具备很多无可比拟的优势,比如光纤具备稳定性高,抗干扰能力强,检测准确率高,耐腐蚀性好,传输距离远等优点,一方面,人们已经研究出相对成熟的光纤气体检测,布拉格光纤检测等技术,然而这类技术主要是在陆地环境中应用,目前难以在海洋环境中真正发挥其作用,另一方面,当下人们所研究的海洋检测设备都过于昂贵,这让一些个人或单位无法担负海洋检测的费用。
本发明专利根据当下海洋检测工作中的不足之处,设想出一种基于小型水下机器设备的光纤光谱检测方法,这项技术融合了自动控制技术,光纤光谱检测技术,计算机图像处理技术和双目测距技术,通过小型水下机器设备携带所需要的检测设备,岸上的工作人员通过计算机对小型水下机器设备进行操控,让机器设备能够代替人工到达人类难以达到的地方进行检测,这种检测方式不仅仅整套设备的费用低,同时检测范围广,检测精度高,可以在今后的海洋资源检测中发挥作用。
发明内容
本发明专利的目的是针对现有技术的不足,提出了一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法,这种检测方法能够利用小型水下机器设备搭载光电检测设备进行水下检测工作,在保证检测系统经济实惠的前提下还能够大大提升人类检测海洋资源的深度和广度,光纤检测的方式具备检测精度高,抗恶劣环境能力强等特点,能够对海洋资源进行高精度的检测工作。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案如下:
本发明专利包括小型光机设备系统和光纤光谱探测系统两大模块:小型光机设备系统包含水上设备和水下设备,水上设备包括远程控制台和吊放设备,水下设备包括小型水下机器设备本体,观测设备和作业设备,光纤光谱探测系统包括光学平台,探测相机和双目检测装置,小型光机设备系统中的远程控制台可以对小型水下机器设备进行控制,吊放设备将小型水下机器设备放入相应的海域,小型水下机器设备本体上装有观测设备和作业设备,观测设备包括摄像机和照明灯,作业设备包括机械手和光谱仪搭载框架,光纤光谱探测系统中的光学平台将光纤返回的信息进行解析,探测相机获得目标物体的反射光信息,双目检测装置放于光纤靠近物体的端部,用于精准检测光纤和待测物体的距离以免光纤头触碰到待测物体,光纤头到达指定位置后,小型水下机器设备搭载的光纤光谱探测系统将对目标区域进行光谱检测工作。
所述的小型光机设备系统由水上设备和水下设备组成,水上设备包括远程控制台和吊放设备,水下设备包括小型水下机器设备本体,观测设备和作业设备,工作人员在水面舰船上对水下设备进行控制,吊放设备将小型水下机器设备置于相应的海域,小型水下机器设备通过封闭式的机械结构搭载光纤光谱探测系统进行水下作业,在达到目标区域以后,机械手通过预设好的光纤口延伸到待检测的目标区域,然后入射光纤发出光源直射到目标区域,通过回馈光纤将采集到的光信号传送到光纤光谱仪进行光谱分析,同时将光谱数据存放在探测相机中,等到信号采集完毕后小型水下机器设备上浮,工作人员对采集的光谱数据进行分析并能够完成海洋资源的检测任务。
所述的小型水下机器设备本体上装有观测设备和作业设备,观测设备包括摄像机和照明灯,作业设备包括机械手和搭载框架,照明灯帮助摄像机更好地分辨水下周边的环境,同时远程控制台根据小型水下机器设备的实时状态对其进行控制,光纤光谱仪置于搭载框架中,机械手能够将光纤口延伸到水下待检测的区域,此时水下检测设备就能够对海洋中狭窄的区域进行检测。
所述的光纤光谱探测系统包括光学平台,探测相机和双目检测装置,光学平台分成光纤光谱仪和外部的双光纤,光纤光谱仪内部的光学器件包括光纤接口、狭缝、胶合透镜、光栅、光楔,当通过光纤接口反馈回来的光信号返回至入射狭缝之后产生成像物体的物点,形成的物点经过胶合透镜将其转变成平行光,平行光通过光楔实现小角度偏折并入射至光栅,透过光栅后的光信号再通过第二光楔实现小角度反偏折,接着光信号传输到相机镜头中并保存在探测相机内,连接到外部的双光纤分别为入射光纤和回馈光纤,当机械手通过将光纤的一端对准待测物体之后,光源从入射光纤照射到待测物体上,经过待测物体的反射将信号发送到回馈光纤,回馈光信号通过回馈光纤返回至光纤光谱仪,双目相机放置在光纤头的前端,用来检测光纤的前端和待测物体的距离,以免待测物体损坏光纤头,双目相机以n fps的速率采集待测物体的双目图像并通过机械臂来控制光纤的具体位置,在光纤达到距离待测物体的理想距离d cm的时候,光纤头停止继续靠向待测物体的运动,此时光纤光谱仪系统将开展采集待测物体光谱信息的工作。
所述的双目检测装置包括成像算法和双目相机这两个部分,成像算法是SIFT(特征匹配算法)和三角测距算法,SIFT算法能够找到两幅图像之间的特征匹配点,利用SIFT算法结合三角测距原理来开展双目测距工作,双目测距的公式为:E=f*B/(A1-A2),其中f是双目相机的焦距,而B是双目相机两个光轴之间的间距,(A1-A2)为视差,视差是待测物体上的特征点在双目相机的两个成像设备的感光芯片在水平方向上的距离差,将双目相机中的相机1和相机2所拍摄的图片定义成Pho1(t)和Pho2(t),两个图片的长度和宽度都是H和W,双目相机将拍摄的图片传输给远程控制台,远程控制台对同一时刻双目相机所拍摄的两幅图片进行特征匹配处理并得到两幅图像的特征匹配点,双目相机同一时刻所拍摄的两幅图片的特征匹配点连线的横坐标和纵坐标的差值依次是(dx(t),dy(t)),提取dx(t)值来预测光线端部到待测物体的距离,利用双目测距的公式能够得到待测物体与双目相机之间的距离。
所述的双目相机包括两个内部参数一致的相机,相机主要由下面组件构成:相机镜头、感光芯片、数据转换器、存储单元,双目相机的两个镜头的光轴处于平行的状态,双目相机两个镜头的中心连线和镜头光轴是垂直的状态,间距为Bmm(B是大于0的实数),两个感光芯片的法线处在平行的状态,两个法线的间距也是Bmm,双目相机的镜头朝向待测物体,相机的感光底片搜集目标物体的反射光信息,远程控制台根据特征匹配算法和双目测距算法来检测光纤头和待测物体的实时距离并控制光纤的位置来完成相应的检测工作。
本专利的有益效果:
通过本专利的方法,使用搭载光纤光谱探测系统的小型水下机器设备对海洋资源进行检测,本专利所描述的检测系统整体成本不高,同时还能够发挥光纤光谱仪检测精度高的优势,通过小型水下机器设备的机械臂将光纤延伸到狭隘的区域对待检测的物体进行检测,不仅提升了对海洋资源的检测精度,还扩展了人们对于海洋资源检测的范围。
附图说明:
图1为系统的总体示意图。
图2为光纤光谱系统的示意图。
图3为双目测距方法的示意图。
图4为双目相机的工作原理图。
具体实施方式
为了公众能够更加清楚地理解本发明专利的技术实质和有益效果,申请人将在下面以实施例的方式作详细的说明,但是对实施例的描述均不是对本发明专利方案的限制,任何一句本发明专利构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应当视为本专利的技术方案范畴。
实施例1:
下面结合附图1、附图2、附图3,附图4和实施例1对本发明专利作进一步说明。
本实施例可应用于海洋资源检测领域中,如图1所示,本发明专利包括小型光机设备系统和光纤光谱探测系统两大模块:小型光机设备系统包括水上设备和水下设备,水上设备包括远程控制台和吊放设备,水下设备包括小型水下机器设备本体,观测设备和作业设备,光纤光谱仪系统包括光学平台,探测相机8和双目检测装置12,小型水下设备系统中的远程控制台对小型水下机器设备进行控制,吊放设备可将小型水下机器设备放入水中,小型水下机器设备本体上装有观测设备和作业设备,观测设备包括摄像机和照明灯,作业设备包括机械手和光谱仪搭载框架,光纤光谱仪系统中的光学平台将光纤返回的数据进行解析,光纤光谱仪系统中的探测相机8存储目标物体的反射光数据,双目检测装置12放置于光纤靠近物体的端部,用于精准检测光纤和待测物体的距离以免光纤头触碰到待测物体,光纤头到达指定位置后,小型水下机器设备搭载的光纤光谱探测系统将对目标区域进行光谱检测工作。
所述的小型光机设备系统由水上设备和水下设备组成,水上设备包括远程控制台和吊放设备,水下设备包括小型水下机器设备本体和作业设备,由工作人员在水面舰船上对水下设备进行控制,吊放设备将小型水下机器设备置于相应的海域,小型水下机器设备通过封闭式的机械结构搭载光纤光谱探测系统进行水下作业,在达到目标区域以后,机械手通过预设好的光纤口延伸到待检测的目标区域,然后入射光纤口发出光源直射到目标区域,通过回馈光纤口将采集到的光信号传送到光谱仪进行光谱分析,同时将光谱数据存放在探测相机8中,等到信号采集完毕后小型水下机器设备上浮,工作人员对保存的光谱数据进行分析并能够完成海洋资源的检测任务。
所述的小型光机设备本体上装有观测设备和作业设备,观测设备包括摄像机和照明灯,作业设备包括机械手和搭载框架,照明灯帮助小型水下机器设备搭载的摄像机更好地分辨水下周边的环境,机械手将光纤口延伸到水下待检测的区域,此时水下检测设备能够对海洋中一些狭窄的区域进行检测。
如图2所示,所述的光纤光谱探测系统包括光学平台,探测相机8,外部的双光纤和双目检测装置12,光学平台主要分成光谱仪内部的光学器件和连接到外部的双光纤,光纤光谱仪内部的光学器件包括光纤接口1、狭缝2、胶合透镜3、第一光楔4、光栅5、第二光楔6,当回馈光纤9回来的光信号通过光纤接口1返回至入射狭缝2之后产生成像物体的物点,形成的物点经过胶合透镜3将其转变成平行光,平行光通过第一光楔4小角度偏折并入射至光栅5,透过光栅5后的光信号再通过第二光楔6实现小角度反偏折,接着光信号射入相机镜头7,由探测相机8存储目标物体的反射光信号,连接到外部的双光纤分别为回馈光纤9和入射光纤10,当机械手通过人工控制将光纤的一端对准待测物体之后,光源11从入射光纤10照射到待测物体上,经过待测物体的反射将信号发送到回馈光纤9,回馈光信号由光纤光谱仪系统处理并保存,双目相机放置在光纤头的前端,用来检测光纤的前端和待测物体的距离,以免待测物体损坏光纤头,双目相机以n fps的速率采集待测物体的双目图像并通过机械臂来控制光纤的具体位置,在光纤达到距离待测物体的理想距离d cm的时候,光纤头停止继续靠向待测物体的运动,此时光纤光谱仪系统将开展采集待测物体的光谱信息的工作。
所述的双目检测装置12包括成像算法和双目相机这两个部分,成像算法包含SIFT(特征匹配)算法,双目测距算法,SIFT算法能够找到两幅图像之间的特征匹配点,双目检测装置中含有两个独立的相机,两个独立的相机在对待测物体进行拍照的过程中有一定的视差,视差的计算公式为:视差=像素点位移量×单个像素边长,而双目测距算法原理如下:如图3所示,D是水下待检测物体的一个特征点,而D1和D2依次为双目相机的两个光心,点D在双目相机感光芯片上的成像点一次是C1和C2,本双目测距算法将双目相机的成像平面进行旋转并且放置到了镜头的前面,f是相机的焦距,B是两个相机中心的距离,E是双目检测工作需要获得的距离信息,当D1与D2的距离是G,经过计算能够得到:G=B-(A1-A2),依照相似三角形理论,得到等式:[B-(A1-A2)]/B=(E-f)/E,并测算得到:E=f×B/(A1-A2),在等式里面,焦距f与摄像头中心距B能够通过标定实验得到具体的数值,将双目相机中的相机1和相机2所拍摄的图片定义成Pho1(t)和Pho2(t),两个图片的长度和宽度都是H和W,双目相机将拍摄的图片传输给水面的远程控制台,远程控制台对同一时刻双目相机所拍摄的两幅图片进行特征匹配处理并得到特征匹配点,在t1时刻,双目相机同一时刻所拍摄的两幅图片的特征匹配点连线的横坐标和纵坐标的差值依次是(dx(t1),dy(t1)),提取dx(t1)值来预测光纤端部到待测物体的距离,本系统中知道视差dx(t1)(对应于(A1-A2))就可以得到双目检测所需要得到的距离值E。
如图4所示,所述的双目相机包括两个内部参数一致的相机,相机主要由下面组件构成:相机镜头、感光芯片、数据转换器、存储单元,双目相机的两个镜头的光轴处于平行的状态,双目相机的两个镜头的中心连线和镜头光轴是垂直的状态,间距为B毫米(B是大于0的实数),两个感光芯片的法线处在平行的状态,两个法线的间距也是B毫米,双目相机的镜头朝向待测物体,相机的感光底片采集光信息,远程控制台根据特征匹配算法和双目测距算法来检测光纤头和海洋中待测物体的实时距离并控制光纤的位置来完成相应的检测工作。
Claims (6)
1.一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法,其特征在于包括小型光机设备系统和光纤光谱探测系统两大模块:小型光机设备系统包含水上设备和水下设备,水上设备包括远程控制台和吊放设备,水下设备包括小型水下机器设备本体,观测设备和作业设备,光纤光谱探测系统包括光学平台,探测相机和双目检测装置,小型光机设备系统中的远程控制台可以对小型水下机器设备进行控制,吊放设备将小型水下机器设备放入相应的海域,小型水下机器设备本体上装有观测设备和作业设备,观测设备包括摄像机和照明灯,作业设备包括机械手和光谱仪搭载框架,光纤光谱探测系统中的光学平台将光纤返回的信息进行解析,探测相机获得目标物体的反射光信息,双目检测装置放于光纤靠近物体的端部,用于精准检测光纤和待测物体的距离以免光纤头触碰到待测物体,光纤头到达指定位置后,小型水下机器设备搭载的光纤光谱探测系统将对目标区域进行光谱检测工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法,其特征在于所述的小型光机设备系统由水上设备和水下设备组成,水上设备包括远程控制台和吊放设备,水下设备包括小型水下机器设备本体,观测设备和作业设备,工作人员在水面舰船上对水下设备进行控制,吊放设备将小型水下机器设备置于相应的海域,小型水下机器设备通过封闭式的机械结构搭载光纤光谱探测系统进行水下作业,在达到目标区域以后,机械手通过预设好的光纤口延伸到待检测的目标区域,然后入射光纤发出光源直射到目标区域,通过回馈光纤将采集到的光信号传送到光纤光谱仪进行光谱分析,同时将光谱数据存放在探测相机中,等到信号采集完毕后小型水下机器设备上浮,工作人员对采集的光谱数据进行分析并能够完成海洋资源的检测任务。
3.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法,其特征在于所述的小型水下机器设备本体上装有观测设备和作业设备,观测设备包括摄像机和照明灯,作业设备包括机械手和搭载框架,照明灯帮助摄像机更好地分辨水下周边的环境,同时远程控制台根据小型水下机器设备的实时状态对其进行控制,光纤光谱仪置于搭载框架中,机械手能够将光纤口延伸到水下待检测的区域,此时水下检测设备就能够对海洋中狭窄的区域进行检测。
4.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法,其特征在于所述的光纤光谱探测系统包括光学平台,探测相机和双目检测装置,光学平台分成光纤光谱仪和外部的双光纤,光纤光谱仪内部的光学器件包括光纤接口、狭缝、胶合透镜、光栅、光楔,当通过光纤接口反馈回来的光信号返回至入射狭缝之后产生成像物体的物点,形成的物点经过胶合透镜将其转变成平行光,平行光通过光楔实现小角度偏折并入射至光栅,透过光栅后的光信号再通过第二光楔实现小角度反偏折,接着光信号传输到相机镜头中并保存在探测相机内,连接到外部的双光纤分别为入射光纤和回馈光纤,当机械手通过将光纤的一端对准待测物体之后,光源从入射光纤照射到待测物体上,经过待测物体的反射将信号发送到回馈光纤,回馈光信号通过回馈光纤返回至光纤光谱仪,双目相机放置在光纤头的前端,用来检测光纤的前端和待测物体的距离,以免待测物体损坏光纤头,双目相机以n fps的速率采集待测物体的双目图像并通过机械臂来控制光纤的具体位置,在光纤达到距离待测物体的理想距离d cm的时候,光纤头停止继续靠向待测物体的运动,此时光纤光谱仪系统将开展采集待测物体光谱信息的工作。
5.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法,其特征在于所述的双目检测装置包括成像算法和双目相机这两个部分,成像算法是SIFT(特征匹配算法)和三角测距算法,SIFT算法能够找到两幅图像之间的特征匹配点,利用SIFT算法结合三角测距原理来开展双目测距工作,双目测距的公式为:E=f×B/(A1-A2),其中f是双目相机的焦距,而B是双目相机两个光轴之间的间距,(A1-A2)为视差,视差是待测物体上的特征点在双目相机的两个成像设备的感光芯片在水平方向上的距离差,将双目相机中的相机1和相机2所拍摄的图片定义成Pho1(t)和Pho2(t),两个图片的长度和宽度都是H和W,双目相机将拍摄的图片传输给远程控制台,远程控制台对同一时刻双目相机所拍摄的两幅图片进行特征匹配处理并得到两幅图像的特征匹配点,双目相机同一时刻所拍摄的两幅图片的特征匹配点连线的横坐标和纵坐标的差值依次是(dx(t),dy(t)),提取dx(t)值来预测光线端部到待测物体的距离,利用双目测距的公式能够得到待测物体与双目相机之间的距离。
6.根据权利要求1所述的一种基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法,其特征在于所述的双目相机包括两个内部参数一致的相机,相机主要由下面组件构成:相机镜头、感光芯片、数据转换器、存储单元,双目相机的两个镜头的光轴处于平行的状态,双目相机两个镜头的中心连线和镜头光轴是垂直的状态,间距为B毫米(B是大于0的实数),两个感光芯片的法线处在平行的状态,两个法线的间距也是B毫米,双目相机的镜头朝向待测物体,相机的感光底片搜集目标物体的反射光信息,远程控制台根据特征匹配算法和双目测距算法来检测光纤头和待测物体的实时距离并控制光纤的位置来完成相应的检测工作。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910767560.2A CN110514302B (zh) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | 基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910767560.2A CN110514302B (zh) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | 基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110514302A true CN110514302A (zh) | 2019-11-29 |
CN110514302B CN110514302B (zh) | 2021-09-28 |
Family
ID=68626656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910767560.2A Expired - Fee Related CN110514302B (zh) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | 基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110514302B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111498070A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-07 | 中国科学院半导体研究所 | 水下矢量光视觉导引方法及装置 |
CN112880829A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-06-01 | 中国海洋大学 | 一种适配水下多种观测平台的自扫描式高光谱成像系统及使用方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN200979530Y (zh) * | 2006-12-06 | 2007-11-21 | 厦门大学 | 光纤式高光谱剖面测量仪 |
WO2016072582A1 (ko) * | 2014-11-04 | 2016-05-12 | 한국해양과학기술원 | 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템 |
CN207816460U (zh) * | 2017-11-14 | 2018-09-04 | 蔡夫鸿 | 多信息维度手持式成像光谱仪 |
WO2018222048A1 (en) * | 2017-05-29 | 2018-12-06 | Ecotone As | Method and system for underwater hyperspectral imaging of fish |
CN109444056A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-08 | 浙江大学 | 一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置及测量方法 |
CN208833659U (zh) * | 2018-11-16 | 2019-05-07 | 陕西中科启航科技有限公司 | 便携式水体光谱观测设备 |
-
2019
- 2019-08-20 CN CN201910767560.2A patent/CN110514302B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN200979530Y (zh) * | 2006-12-06 | 2007-11-21 | 厦门大学 | 光纤式高光谱剖面测量仪 |
WO2016072582A1 (ko) * | 2014-11-04 | 2016-05-12 | 한국해양과학기술원 | 다파장 광원을 이용한 수중 다분광 영상 취득 시스템 |
WO2018222048A1 (en) * | 2017-05-29 | 2018-12-06 | Ecotone As | Method and system for underwater hyperspectral imaging of fish |
CN207816460U (zh) * | 2017-11-14 | 2018-09-04 | 蔡夫鸿 | 多信息维度手持式成像光谱仪 |
CN109444056A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-08 | 浙江大学 | 一种双目成像式水下光谱反射率原位测量装置及测量方法 |
CN208833659U (zh) * | 2018-11-16 | 2019-05-07 | 陕西中科启航科技有限公司 | 便携式水体光谱观测设备 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111498070A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-07 | 中国科学院半导体研究所 | 水下矢量光视觉导引方法及装置 |
CN111498070B (zh) * | 2020-05-08 | 2021-06-08 | 中国科学院半导体研究所 | 水下矢量光视觉导引方法及装置 |
CN112880829A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-06-01 | 中国海洋大学 | 一种适配水下多种观测平台的自扫描式高光谱成像系统及使用方法 |
CN112880829B (zh) * | 2021-01-13 | 2022-04-22 | 中国海洋大学 | 一种适配水下多种观测平台的自扫描式高光谱成像系统及使用方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110514302B (zh) | 2021-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102494609B (zh) | 一种基于激光探针阵列的三维摄影方法及装置 | |
Bürki et al. | DAEDALUS: A versatile usable digital clip-on measuring system for total stations | |
CN105181082B (zh) | 一种基于可见激光和图像处理的液位检测方法和装置 | |
CN105547635B (zh) | 一种用于风洞试验的非接触式结构动力响应测量方法 | |
CN106441109B (zh) | 一种折反射式激光测距三维全景成像一体化装置 | |
CN102519383A (zh) | 桥梁动态挠度光斑成像测量装置和方法 | |
CN108332708A (zh) | 激光水平仪自动检测系统及检测方法 | |
CN106226895B (zh) | 一种带反馈的旋转全内反射显微方法及装置 | |
CN101858743B (zh) | 基于大视场摄像及图像处理的测距装置及其方法 | |
CN110132226A (zh) | 一种无人机巡线的距离及方位角测量系统和方法 | |
CN107241533B (zh) | 一种水下面阵扫描激光成像装置及方法 | |
CN101738243A (zh) | 基于角位移跟踪的反射式液面位移检测法 | |
CN104635278B (zh) | 非均匀大光场目标图像探测装置及方法 | |
CN205691077U (zh) | 一种光轴与安装基准面平行度测试装置 | |
CN110514302A (zh) | 基于小型水下机器设备的海洋光纤光谱仪检测方法 | |
CN207741853U (zh) | 用于水下探测的高光谱高空间分辨积分视场光谱成像系统 | |
CN104360464B (zh) | 一种连续变焦光学系统 | |
CN109239099A (zh) | 多机协同环境下的路面破损实时检测系统及其检测方法 | |
CN103969171A (zh) | 一种天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置及其方法 | |
CN107238727A (zh) | 基于动态视觉传感器芯片的光电式转速传感器及探测方法 | |
CN112595236A (zh) | 一种水下激光三维扫描和实时测距的测量装置 | |
CN108051088A (zh) | 用于水下探测的高光谱高空间分辨积分视场光谱成像系统 | |
JP2023514141A (ja) | 物体上の位置を測定するための装置、方法、及びシステム | |
Pezzaniti et al. | Four camera complete Stokes imaging polarimeter | |
CN113188473A (zh) | 一种表面形貌测量装置及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210928 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |