CN114111589A - 基于网状物的水下测距方法、测距系统及存储介质 - Google Patents

基于网状物的水下测距方法、测距系统及存储介质 Download PDF

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CN114111589A
CN114111589A CN202111383904.3A CN202111383904A CN114111589A CN 114111589 A CN114111589 A CN 114111589A CN 202111383904 A CN202111383904 A CN 202111383904A CN 114111589 A CN114111589 A CN 114111589A
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李俞锋
董阳泽
陈夏华
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Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Zhanjiang
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Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Zhanjiang
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    • 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

Abstract

本发明公开了一种基于网状物的水下测距方法、测距系统及存储介质，该方法包括以下步骤：通过激光发射装置向目标网状物发射四束围合成目标四边形的线激光束；通过视觉传感装置采集线激光束打在目标网状物上的光点，并对形成于成像面上的点激光光斑进行拟合，得到四条拟合线；基于拟合线的相对距离、线激光束在出光面上的相对距离及发射倾角，根据预设计算公式算出目标网状物到视觉传感装置光学主面的实际距离。本发明公开的基于网状物的水下测距方法可解决目前的激光测距方式用于处在波动的柔性网状物时，测距结果误差较大的技术问题。

Description

基于网状物的水下测距方法、测距系统及存储介质
技术领域
本发明属于测距装置技术领域，具体涉及一种基于网状物的水下测距方法、基于网状物的水下测距系统及计算机可读存储介质。
背景技术
当前，我国的渔业养殖具有从近海走向深海的发展趋势。在针对养殖网衣的维护作业过程中，需要实时获取作业机构与网衣的距离，以避免作业机构与网衣发生缠绕，保证网衣维护作业的安全顺利进行。
关于作业机构与网衣之间的测距，主要通过水下激光测距仪实现。目前普遍采用的水下激光测距仪是基于相位式激光测距原理的单点激光测距仪，其采用调制方式发射激光并通过对相位差的测量以实现测距。然而，网衣等网状物具有周期性细线与网眼结构，具有声光信号反射面积比例小的特点，即网衣的目标平面是周期性中空的，水下激光测距仪发出的点激光束可能穿过网眼的中空区域而未能获取反射信号，从而导致水下相机难以采集到完整的点激光光斑图像以用作测距分析；另一方面，深海环境下的养殖水体存在平流、湍流、内波等复杂海流情况，而网衣等网状物的柔性结构使其具有随海流波动的瞬态特征，其与点激光束投射方向之间的角度情况极其复杂，可能存在旋转角和俯仰角杂合的情况。
基于上述问题，传统的点激光束测距方式用于水下网衣时，测距准确率极低，因此目前亟需一种针对柔性网状物的精准可靠的测距方式。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于网状物的水下测距方法，旨在解决目前的激光测距方式用于处在波动的柔性网状物时，测距结果误差较大的技术问题。
本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：
一种基于网状物的水下测距方法，所述基于网状物的水下测距方法包括以下步骤：
通过激光发射装置向目标网状物发射线激光束；其中，所述线激光束为四束并在所述激光发射装置的出光面上围合成目标四边形，且竖直方向的两束所述线激光束的发射方向平行于所述目标四边形的中心轴，水平方向的两束所述线激光束的发射方向相对所述目标四边形的中心轴呈向外的发射倾角；
通过视觉传感装置采集所述线激光束打在所述目标网状物上的光点，并在所述视觉传感装置的成像面上形成四段点激光光斑；
对所述点激光光斑进行拟合，得到四条拟合线；其中，四条所述拟合线围合成拟合四边形并与所述线激光束一一对应；
基于所述拟合线的相对距离、所述线激光束在所述出光面上的相对距离以及所述发射倾角，根据预设计算公式计算出所述目标网状物到所述视觉传感装置的光学主面的实际距离。
进一步地，所述基于所述拟合线的相对距离、所述线激光束在所述出光面上的相对距离以及所述发射倾角，根据预设计算公式计算出所述目标网状物到所述视觉传感装置的光学主面的实际距离的步骤，具体包括：
取每一所述拟合线的中点作为拟合特征点；
分别连接相对的两个所述拟合特征点，以连接线的交点为拟合中心点；
测量每一所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离，得到拟合距离；
基于所述拟合距离、所述线激光束在所述出光面上的相对距离以及所述发射倾角，根据预设计算公式计算出所述目标网状物到所述光学主面的实际距离。
进一步地，所述基于所述拟合距离、所述线激光束在所述出光面上的相对距离以及所述发射倾角，根据预设计算公式计算出所述目标网状物到所述光学主面的实际距离的步骤之前，还包括：
根据每一所述线激光束、所述光学主面、所述目标网状物之间的距离及角度关系，绘制出所述目标网状物处于不同偏转情况下的激光投射几何图；
根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式；
根据所述距离推导公式，得出所述预设计算公式。
进一步地，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤之前，还包括：
根据理想光学系统的牛顿公式以及理想光学系统的高斯公式，得出放大倍率表达式。
进一步地，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤，具体包括：
以横向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若所述第一距离等于所述第二距离，且所述第三距离等于所述第四距离，则判断所述目标网状物与所述光学主面相互平行；
根据所述激光投射几何图和所述放大倍率表达式，确定所述目标网状物与所述光学主面相互平行时的第一推导公式。
进一步地，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤，具体包括：
以横向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若所述第一距离不等于所述第二距离，且所述第三距离等于所述第四距离，则判断所述目标网状物相对所述光学主面在水平面上呈旋转角；
根据所述激光投射几何图和所述放大倍率表达式，确定所述目标网状物相对所述光学主面在水平面上呈旋转角时的第二推导公式。
进一步地，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤，具体包括：
以横向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若所述第一距离等于所述第二距离，且所述第三距离不等于所述第四距离，则判断所述目标网状物相对所述光学主面在竖直平面上呈俯仰角；
根据所述激光投射几何图和所述放大倍率表达式，确定所述目标网状物相对所述光学主面在竖直平面上呈俯仰角时的第三推导公式。
进一步地，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤，具体包括：
以横向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若所述第一距离不等于所述第二距离，且所述第三距离不等于所述第四距离，则判断所述目标网状物相对所述光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角；
根据所述激光投射几何图和所述放大倍率表达式，确定所述目标网状物相对所述光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角时的第四推导公式。
对应地，本发明还提出一种基于网状物的水下测距系统，所述基于网状物的水下测距系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如前述的基于网状物的水下测距方法的步骤。
对应地，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有基于网状物的水下测距程序，所述基于网状物的水下测距程序被处理器执行时实现如前述的基于网状物的水下测距方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的基于网状物的水下测距方法，通过激光发射装置向目标网状物发射四束线激光束，并通过视觉传感装置采集线激光束打在目标网状物上的光点，以在视觉传感装置的成像面上生成四段点激光光斑，四段点激光光斑经拟合后得到四条拟合线；由于拟合线的相对位置会因线激光束打在目标网状物上的点到视觉传感装置光学主面距离的不同而发生变化，具体为当目标网状物相对光学主面存在不同的偏转情况以及相隔不同的距离时，四条拟合线之间将按照激光投射的几何关系以及一定的成像倍率关系而间隔不同的距离；由此，无论目标网状物处于何种偏转状态下，均可通过拟合线的相对距离判断出目标网状物的偏转情况，并基于激光投射的几何关系准确反推出光学主面到目标网状物表面的实际距离，从而以高适用性的方式实现了针对柔性网状物的精准水下测距。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明基于网状物的水下测距方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明基于网状物的水下测距方法一实施例中步骤S4的细化流程示意图；
图3为本发明基于网状物的水下测距方法一实施例中步骤S44的细化流程示意图；
图4为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的系统结构示意图；
图5为本发明实施例方案中测距装置的结构示意图；
图6为本发明实施例方案中目标网状物处于不同偏转情况下的激光投射示意图；
图7为本发明实施例方案中激光束打在目标网状物表面形成的光斑示意图；
图8为本发明实施例方案中拟合线在视觉传感装置成像面上的轨迹示意图；
图9为本发明实施例方案中的激光投射几何图。
附图标记说明：
标号 名称 标号 名称
1 激光发射装置 2 视觉传感装置
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图4所示，图4是本发明实施例方案涉及的基于网状物的水下测距系统的结构示意图。
如图4所示，该基于网状物的水下测距系统可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
可选地，该基于网状物的水下测距系统还可以包括摄像头、RF(Radio Frequency，射频)电路，传感器、音频电路、WiFi模块等等。其中，传感器可包括光传感器、运动传感器、红外线传感器以及其他传感器，在此不再赘述。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的具体结构并不构成对该基于网状物的水下测距系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图4所示，作为一种计算机可读存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于网状物的水下测距程序。
在图4所示的基于网状物的水下测距系统中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的基于网状物的水下测距程序，并执行以下操作：
通过激光发射装置向目标网状物发射线激光束；其中，线激光束为四束并在激光发射装置的出光面上围合成目标四边形，且竖直方向的两束线激光束的发射方向平行于目标四边形的中心轴，水平方向的两束线激光束的发射方向相对目标四边形的中心轴呈向外的发射倾角；
通过视觉传感装置采集线激光束打在目标网状物上的光点，并在视觉传感装置的成像面上形成四段点激光光斑；
对点激光光斑进行拟合，得到四条拟合线；其中，四条拟合线围合成拟合四边形并与线激光束一一对应；
基于拟合线的相对距离、线激光束在出光面上的相对距离以及发射倾角，根据预设计算公式计算出目标网状物到视觉传感装置的光学主面的实际距离。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的网络操作控制应用程序，还执行以下操作：
取每一拟合线的中点作为拟合特征点；
分别连接相对的两个拟合特征点，以连接线的交点为拟合中心点；
测量每一拟合特征点到拟合中心点的距离，得到拟合距离；
基于拟合距离、线激光束在出光面上的相对距离以及发射倾角，根据预设计算公式计算出目标网状物到光学主面的实际距离。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的网络操作控制应用程序，还执行以下操作：
根据每一线激光束、光学主面、目标网状物之间的距离及角度关系，绘制出目标网状物处于不同偏转情况下的激光投射几何图；
根据激光投射几何图，确定目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式；
根据距离推导公式，得出预设计算公式。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的网络操作控制应用程序，还执行以下操作：
根据理想光学系统的牛顿公式以及理想光学系统的高斯公式，得出放大倍率表达式。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的网络操作控制应用程序，还执行以下操作：
以横向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若第一距离等于第二距离，且第三距离等于第四距离，则判断目标网状物与光学主面相互平行；
根据激光投射几何图和放大倍率表达式，确定目标网状物与光学主面相互平行时的第一推导公式。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的网络操作控制应用程序，还执行以下操作：
以横向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若第一距离不等于第二距离，且第三距离等于第四距离，则判断目标网状物相对光学主面在水平面上呈旋转角；
根据激光投射几何图和放大倍率表达式，确定目标网状物相对光学主面在水平面上呈旋转角时的第二推导公式。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的网络操作控制应用程序，还执行以下操作：
以横向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若第一距离等于第二距离，且第三距离不等于第四距离，则判断目标网状物相对光学主面在竖直平面上呈俯仰角；
根据激光投射几何图和放大倍率表达式，确定目标网状物相对光学主面在竖直平面上呈俯仰角时的第三推导公式。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的网络操作控制应用程序，还执行以下操作：
以横向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若第一距离不等于第二距离，且第三距离不等于第四距离，则判断目标网状物相对光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角；
根据激光投射几何图和放大倍率表达式，确定目标网状物相对光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角时的第四推导公式。
参照图1，本发明一实施例提供一种基于网状物的水下测距方法，该基于网状物的水下测距方法包括：
S1，通过激光发射装置向目标网状物发射线激光束；其中，线激光束为四束并在激光发射装置的出光面上围合成目标四边形，且竖直方向的两束线激光束的发射方向平行于目标四边形的中心轴，水平方向的两束线激光束的发射方向相对目标四边形的中心轴呈向外的发射倾角；
S2，通过视觉传感装置采集线激光束打在目标网状物上的光点，并在视觉传感装置的成像面上形成四段点激光光斑；
目标网状物具体可以是由网线编织而成、具有多个网孔的柔性件，如用于渔业养殖的网衣；激光发射装置发射的线激光束可看作由若干光点组成的一段连续的线段，因此无论目标网状物在水体中如何波动变形，连续的线激光束上总有光点能打在目标网状物的网线上而被视觉传感装置所采集。其中，视觉传感装置可以是配置有激光光点采集功能及相应图像处理功能的水下摄像机，其包括光学主面和成像面，光学主面为镜头所在平面，打在目标网状物网线上的若干光点被光学主面捕捉后，经成像过程并以光斑形式显现在成像面上。
图5示出了一种测距装置的结构，如图所示，四个激光发射装置环绕设置于视觉传感装置的侧壁上并呈正方形排布，四个激光发射装置分别位于正方形各边的中点上，且四个激光发射装置的出光面与视觉传感装置的光学主面位于同一平面上，如此可保证其发出的四束线激光束在出光面上围合成目标四边形。可以理解的是，由于竖直方向的两束线激光束的发射方向平行于目标四边形的中心轴，水平方向的两束线激光束的发射方向相对目标四边形的中心轴呈向外的发射倾角，因此随着激光发射装置和目标网状物的距离增加，竖直方向的两束线激光束的相对距离不变，水平方向的两束线激光束的相对距离逐渐增大。四束线激光束分别打在目标网状物网线上形成的若干光点，与视觉传感装置的成像面上显现的四段点激光光斑一一对应。
S3，对点激光光斑进行拟合，得到四条拟合线；其中，四条拟合线围合成拟合四边形并与线激光束一一对应；
针对点激光光斑的拟合，通过视觉传感装置的图像处理功能实现，每条拟合线可分别表征其所对应的线激光束打在目标网状物上的状态。
S4，基于拟合线的相对距离、线激光束在出光面上的相对距离以及发射倾角，根据预设计算公式计算出目标网状物到视觉传感装置的光学主面的实际距离。
在本实施例中，通过激光发射装置向目标网状物发射四束线激光束，并通过视觉传感装置采集线激光束打在目标网状物上的光点，以在视觉传感装置的成像面上生成四段点激光光斑，四段点激光光斑经拟合后得到四条拟合线。由于拟合线的相对位置会因线激光束打在目标网状物上的点到视觉传感装置光学主面距离的不同而发生变化，具体为当目标网状物相对光学主面存在不同的偏转情况以及相隔不同的距离时，四条拟合线之间将按照激光投射的几何关系以及一定的成像倍率关系而间隔不同的距离；由此，无论目标网状物处于何种偏转状态下，均可通过拟合线的相对距离判断出目标网状物的偏转情况，并基于激光投射的几何关系准确反推出光学主面到目标网状物表面的实际距离，从而以高适用性的方式实现了针对柔性网状物的精准水下测距。
具体地，参照图2，基于上述图1所示的实施例，步骤S4具体包括：
S41，取每一拟合线的中点作为拟合特征点；
S42，分别连接相对的两个拟合特征点，以连接线的交点为拟合中心点；
S43，测量每一拟合特征点到拟合中心点的距离，得到拟合距离；
S44，基于拟合距离、线激光束在出光面上的相对距离以及发射倾角，根据预设计算公式计算出目标网状物到光学主面的实际距离。
具体地，参照图3，在步骤S44之前，还包括：
S441，根据每一线激光束、光学主面、目标网状物之间的距离及角度关系，绘制出目标网状物处于不同偏转情况下的激光投射几何图；
图6示出了目标网状物处于不同偏转情况下的激光投射示意图，其中，视图(a)为线激光束在出光面上围合成目标四边形的示意图，激光a和激光b为水平方向的两条线激光束，激光c和激光d为竖直方向的两条线激光束，O为视觉传感装置光学主面的中心点，h为各个线激光束在出光面上到视觉传感装置光学主面中心点的距离，θ为水平方向的两条线激光束相对目标四边形的中心轴的发射倾角；视图(b)为当目标网状物与光学主面相互平行时，线激光束投射在目标网状物表面上的示意图；视图(c)为当目标网状物相对光学主面在水平面上呈旋转角α时，线激光束投射在目标网状物表面上的示意图；视图(d)为当目标网状物相对光学主面在竖直平面上呈俯仰角β时，线激光束投射在目标网状物表面上的示意图；除此之外，目标网状物可能同时相对光学主面在水平面上呈旋转角α且在竖直平面上呈俯仰角β(图6中未示意出)。综上所述，目标网状物可能相对光学主面处于四种不同的偏转情况。
根据以上四种偏转情况绘制出的激光投射几何图如图9所示，其中，视图(a)、视图(c)、视图(e)、视图(g)为正视状态下激光投射的示意图(以正视水平方向两条线激光束投射轨迹的方向为正视状态)，视图(b)、视图(d)、视图(f)、视图(h)为俯视状态下激光投射的示意图(以正视竖直方向两条线激光束投射轨迹的方向为俯视状态)；
Figure BDA0003365186940000111
为目标网状物表面的中心点(即四条线激光束打在目标网状物上形成的光斑所围合成的拟合四边形的中心点)，O为光学主面中心点，L1～L4为目标网状物表面的中心点到光学主面中心点在水平方向上的距离(即目标网状物到光学主面的实际距离)，
Figure BDA0003365186940000112
为激光a投射在目标网状物表面上的点，
Figure BDA0003365186940000113
为激光b投射在目标网状物表面上的点，
Figure BDA0003365186940000114
为激光c投射在目标网状物表面上的点，
Figure BDA0003365186940000115
为激光d投射在目标网状物表面上的点，
Figure BDA0003365186940000116
为激光a在水平方向上的实际投射距离，
Figure BDA0003365186940000117
为激光b在水平方向上的实际投射距离，
Figure BDA0003365186940000118
为激光c在水平方向上的实际投射距离，
Figure BDA0003365186940000119
为激光d在水平方向上的实际投射距离，
Figure BDA00033651869400001110
为激光a投射在目标网状物表面上的点到目标网状物表面的中心点的距离，
Figure BDA00033651869400001111
为激光b投射在目标网状物表面上的点到目标网状物表面的中心点的距离，
Figure BDA00033651869400001112
为激光c投射在目标网状物表面上的点到目标网状物表面的中心点的距离，
Figure BDA00033651869400001113
为激光d投射在目标网状物表面上的点到目标网状物表面的中心点的距离。
S442，根据激光投射几何图，确定目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式；
根据图9所示的激光投射几何图中线激光束、光学主面、目标网状物之间的几何关系，基于三角函数，可得到目标网状物与光学主面之间在四种不同偏转情况下的距离推导公式。
具体地，在步骤S442之前，还包括：
S4420，根据理想光学系统的牛顿公式以及理想光学系统的高斯公式，得出放大倍率表达式。
Figure BDA0003365186940000121
其中，Lx(x＝1～4)为目标网状物表面的中心点到光学主面中心点在水平方向上的距离(即目标网状物到光学主面的实际距离)，L°为成像面与光学主面的距离(图中未示意出)，f为光学系统物方焦距，f°为光学系统像方焦，n为物方折射率，n°为像方折射率，M⊥为光学系统的横向放大倍率。由于Lx远大于2f，满足远场成像要求，因此可根据理想光学系统的牛顿公式以及理想光学系统的高斯公式得到上述表达式。
对上述表达式进行整合，得到放大倍率表达式如下：
Figure BDA0003365186940000122
具体地，步骤S442还包括：
S4421，以横向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
如图7和图8所示，视图(e)～(g)为四条线激光束打在目标网状物表面形成的光斑示意图，视图(h)～(j)为四条拟合线在视觉传感装置成像面上的轨迹示意图；其中，O1～O3、为拟合中心点，A1～A3为激光a对应的拟合线的拟合特征点，B1～B3为激光b对应的拟合线的拟合特征点，C1～C3为激光c对应的拟合线的拟合特征点，D1～D3为激光d对应的拟合线的拟合特征点，a1～a3为拟合特征点A1～A3到拟合中心点O1～O3的第一距离，b1～b3为拟合特征点B1～B3到拟合中心点O1～O3的第二距离，c1～c3为拟合特征点C1～C3到拟合中心点O1～O3的第三距离，d1～d3为拟合特征点D1～D3到拟合中心点O1～O3的第四距离。由于成像后形成的拟合线位置会因线激光束打在目标网状物上的点到光学主面距离的不同而发生变化，当目标网状物相对光学主面存在偏转时，拟合特征点不一定是四条拟合线围合成的拟合四边形的各边中点，因此可通过拟合距离的不同而反推出目标网状物的偏转情况。
S4422，若第一距离等于第二距离，且第三距离等于第四距离，则判断目标网状物与光学主面相互平行；
S4423，根据激光投射几何图和放大倍率表达式，确定目标网状物与光学主面相互平行时的第一推导公式。
当第一距离等于第二距离且第三距离等于第四距离时，如图6中视图(b)所示，目标网状物与光学主面相互平行，此时对应的是图9中视图(a)和视图(b)所示的偏转情况，由图9可知，此时线激光束、光学主面、目标网状物之间满足如下关系：
Figure BDA0003365186940000131
另外，根据上述放大倍率表达式M⊥＝f/Lx-f，可得到目标网状物表面上四个距离
Figure BDA0003365186940000132
与成像面上四个拟合距离a1、b1、c1、d1之间对应的放大倍率关系如下：
Figure BDA0003365186940000133
整合上述两个表达式组，可得第一推导公式如下：
Figure BDA0003365186940000134
L1为当目标网状物与光学主面相互平行时，目标网状物到光学主面的实际距离。
具体地，步骤S442还包括：
S4424，以横向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
S4425，若第一距离不等于第二距离，且第三距离等于第四距离，则判断目标网状物相对光学主面在水平面上呈旋转角；
S4426，根据激光投射几何图和放大倍率表达式，确定目标网状物相对光学主面在水平面上呈旋转角时的第二推导公式。
当第一距离不等于第二距离且第三距离等于第四距离时，如图6中视图(c)所示，目标网状物相对光学主面在水平面上呈旋转角，此时对应的是图9中视图(c)和视图(d)所示的偏转情况，由图9可知，此时线激光束、光学主面、目标网状物之间满足如下关系：
Figure BDA0003365186940000141
另外，根据上述放大倍率表达式M⊥＝f/Lx-f，可得到目标网状物表面上四个距离
Figure BDA0003365186940000142
与成像面上四个拟合距离a2、b2、c2、d2之间对应的放大倍率关系如下：
Figure BDA0003365186940000143
整合上述两个表达式组，可得第二推导公式如下：
Figure BDA0003365186940000144
L2为当目标网状物相对光学主面在水平面上呈旋转角时，目标网状物到光学主面的实际距离。
具体地，步骤S442还包括：
S4427，以横向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
S4428，若第一距离等于第二距离，且第三距离不等于第四距离，则判断目标网状物相对光学主面在竖直平面上呈俯仰角；
S4429，根据激光投射几何图和放大倍率表达式，确定目标网状物相对光学主面在竖直平面上呈俯仰角时的第三推导公式。
当第一距离等于第二距离且第三距离不等于第四距离时，如图6中视图(d)所示，目标网状物相对光学主面在竖直平面上呈俯仰角，此时对应的是图9中视图(e)和视图(f)所示的偏转情况，由图9可知，此时线激光束、光学主面、目标网状物之间满足如下关系：
Figure BDA0003365186940000151
另外，根据上述放大倍率表达式M⊥＝f/Lx-f，可得到目标网状物表面上四个距离
Figure BDA0003365186940000152
与成像面上四个拟合距离a3、b3、c3、d3之间对应的放大倍率关系如下：
Figure BDA0003365186940000153
整合上述两个表达式组，可得第三推导公式如下：
Figure BDA0003365186940000154
L3为当目标网状物相对光学主面在竖直平面上呈俯仰角时，目标网状物到光学主面的实际距离。
具体地，步骤S442还包括：
S44210，以横向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个拟合特征点到拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
S44211，若第一距离不等于第二距离，且第三距离不等于第四距离，则判断目标网状物相对光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角；
S44212，根据激光投射几何图和放大倍率表达式，确定目标网状物相对光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角时的第四推导公式。
当第一距离不等于第二距离且第三距离不等于第四距离时，根据图6中视图(c)和视图(d)可推知，目标网状物相对光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角，此时对应的是图9中视图(g)和视图(h)所示的偏转情况，由图9可知，此时线激光束、光学主面、目标网状物之间满足如下关系：
Figure BDA0003365186940000161
另外，根据上述放大倍率表达式M⊥＝f/Lx-f，可得到目标网状物表面上四个距离
Figure BDA0003365186940000162
与成像面上四个拟合距离a4、b4、c4、d4之间对应的放大倍率关系如下：
Figure BDA0003365186940000171
整合上述两个表达式组，可得第四推导公式如下：
Figure BDA0003365186940000172
L4为当目标网状物相对光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角时，目标网状物到光学主面的实际距离。
S443，根据距离推导公式，得出预设计算公式。
基于上述四个距离推导公式：
Figure BDA0003365186940000173
Figure BDA0003365186940000174
Figure BDA0003365186940000175
Figure BDA0003365186940000176
将以上第一推导公式、第二推导公式、第三推导公式、第四推导公式进行归纳整合后，可得预设计算公式如下：
Figure BDA0003365186940000177
L为目标网状物相对光学主面处于任意偏转情况时，目标网状物到光学主面的实际距离。通过以上预设计算公式，可在无需判断目标网状物的偏转情况的前提下计算出目标网状物到光学主面的实际距离，达到测距的目的。
对应地，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有基于网状物的水下测距程序，该基于网状物的水下测距程序被处理器执行时实现上述任一实施例中的基于网状物的水下测距方法的步骤。
在本实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory，随机存储器)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个计算机可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，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效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于网状物的水下测距方法，其特征在于，所述基于网状物的水下测距方法包括以下步骤：
通过激光发射装置向目标网状物发射线激光束；其中，所述线激光束为四束并在所述激光发射装置的出光面上围合成目标四边形，且竖直方向的两束所述线激光束的发射方向平行于所述目标四边形的中心轴，水平方向的两束所述线激光束的发射方向相对所述目标四边形的中心轴呈向外的发射倾角；
通过视觉传感装置采集所述线激光束打在所述目标网状物上的光点，并在所述视觉传感装置的成像面上形成四段点激光光斑；
对所述点激光光斑进行拟合，得到四条拟合线；其中，四条所述拟合线围合成拟合四边形并与所述线激光束一一对应；
基于所述拟合线的相对距离、所述线激光束在所述出光面上的相对距离以及所述发射倾角，根据预设计算公式计算出所述目标网状物到所述视觉传感装置的光学主面的实际距离。
2.根据权利要求1所述的基于网状物的水下测距方法，其特征在于，所述基于所述拟合线的相对距离、所述线激光束在所述出光面上的相对距离以及所述发射倾角，根据预设计算公式计算出所述目标网状物到所述视觉传感装置的光学主面的实际距离的步骤，具体包括：
取每一所述拟合线的中点作为拟合特征点；
分别连接相对的两个所述拟合特征点，以连接线的交点为拟合中心点；
测量每一所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离，得到拟合距离；
基于所述拟合距离、所述线激光束在所述出光面上的相对距离以及所述发射倾角，根据预设计算公式计算出所述目标网状物到所述光学主面的实际距离。
3.根据权利要求2所述的基于网状物的水下测距方法，其特征在于，所述基于所述拟合距离、所述线激光束在所述出光面上的相对距离以及所述发射倾角，根据预设计算公式计算出所述目标网状物到所述光学主面的实际距离的步骤之前，还包括：
根据每一所述线激光束、所述光学主面、所述目标网状物之间的距离及角度关系，绘制出所述目标网状物处于不同偏转情况下的激光投射几何图；
根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式；
根据所述距离推导公式，得出所述预设计算公式。
4.根据权利要求3所述的基于网状物的水下测距方法，其特征在于，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤之前，还包括：
根据理想光学系统的牛顿公式以及理想光学系统的高斯公式，得出放大倍率表达式。
5.根据权利要求4所述的基于网状物的水下测距方法，其特征在于，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤，具体包括：
以横向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若所述第一距离等于所述第二距离，且所述第三距离等于所述第四距离，则判断所述目标网状物与所述光学主面相互平行；
根据所述激光投射几何图和所述放大倍率表达式，确定所述目标网状物与所述光学主面相互平行时的第一推导公式。
6.根据权利要求4所述的基于网状物的水下测距方法，其特征在于，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤，具体包括：
以横向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若所述第一距离不等于所述第二距离，且所述第三距离等于所述第四距离，则判断所述目标网状物相对所述光学主面在水平面上呈旋转角；
根据所述激光投射几何图和所述放大倍率表达式，确定所述目标网状物相对所述光学主面在水平面上呈旋转角时的第二推导公式。
7.根据权利要求4所述的基于网状物的水下测距方法，其特征在于，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤，具体包括：
以横向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若所述第一距离等于所述第二距离，且所述第三距离不等于所述第四距离，则判断所述目标网状物相对所述光学主面在竖直平面上呈俯仰角；
根据所述激光投射几何图和所述放大倍率表达式，确定所述目标网状物相对所述光学主面在竖直平面上呈俯仰角时的第三推导公式。
8.根据权利要求4所述的基于网状物的水下测距方法，其特征在于，所述根据所述激光投射几何图，确定所述目标网状物处于不同偏转情况下的距离推导公式的步骤，具体包括：
以横向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第一距离、第二距离；以竖向的两个所述拟合特征点到所述拟合中心点的距离分别为第三距离、第四距离；
若所述第一距离不等于所述第二距离，且所述第三距离不等于所述第四距离，则判断所述目标网状物相对所述光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角；
根据所述激光投射几何图和所述放大倍率表达式，确定所述目标网状物相对所述光学主面同时在水平面上呈旋转角且在竖直平面上呈俯仰角时的第四推导公式。
9.一种基于网状物的水下测距系统，其特征在于，所述基于网状物的水下测距系统包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的基于网状物的水下测距方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有基于网状物的水下测距程序，所述基于网状物的水下测距程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的基于网状物的水下测距方法的步骤。
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