CN115046478A

CN115046478A - 水下相对位姿的测量方法和装置

Info

Publication number: CN115046478A
Application number: CN202210953105.3A
Authority: CN
Inventors: 赵国腾; 练秋生; 张红良; 孙桂红; 张永强; 魏建仓
Original assignee: Yanshan University; Deepinfar Ocean Technology Inc
Current assignee: Yanshan University; Deepinfar Ocean Technology Inc
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2042-08-10
Also published as: CN115046478B

Abstract

本申请提供一种水下相对位姿的测量方法，其包括：根据第一投影光斑和第二投影光斑判断水下机器人的安装平面与检测平面是否平行；在确定安装平面与检测平面平行的情况下，根据第一光源和第二光源或者第三光源和第四光源在检测平面上的重合区域以及重合区域之外两端的光斑区域确定第一相机或者第二相机与所述检测平面的距离。根据本申请的方案，能够自动测量水下机器人相对检测平面的姿态和距离，使水下机器人的相机安装平面与检测平面平行，并使相机与检测平面距离保持恒定，最终实现水下机器人对水下结构表面的清晰成像。此外，本发明公开的方法能够不经计算而直接输出意义鲜明的光斑图像，便于人工确认和校验，从而提高水下机器人运行的安全性。

Description

水下相对位姿的测量方法和装置

技术领域

本申请涉及水下成像领域，尤其涉及一种水下相对位姿的测量方法和装置。

背景技术

水下机器人在水下结构健康监测领域的应用越来越广泛，其中，检测外表面细小缺陷是对船体、大坝、基座等水下结构进行健康监测的重要内容之一。要发现细小缺陷，必须对检测对象的外表面进行清晰成像，这就要求水下机器人相机的焦平面与待检测平面保持重合（共面），否则，待检测平面中到焦平面的距离超过景深的区域在图像中都会出现模糊，导致细小缺陷无法辨识。同时，为准确测量缺陷大小，需要成像距离保持恒定，否则在不同距离下拍摄的图像中每个像素对应的实际尺寸将不一致；此外，水下结构表面往往纹理较少，对比度较低，自动对焦非常困难，水中的悬浮物也会干扰自动对焦，使用恒定的对焦距离可以解决该问题，这也要求相机到检测平面的距离基本保持恒定。

综上，水下机器人对水下结构清晰成像的两个基本条件可以概括为：1）相机光轴垂直于检测平面，一般情况下相机光轴与安装平面垂直，该条件可等效于相机安装平面与检测平面平行；2）相机与检测平面距离恒定。

由于水下机器人在水中处于悬浮状态，与检测平面之间没有刚性支撑，因此需要水下机器人不断测量并调整自身与检测平面的相对姿态和距离，这是成像技术中亟待解决的问题。

发明内容

基于此，本申请提供了一种水下相对位姿的测量方案。本申请公开的方案基于多色光源混色原理，能够自动测量水下机器人相对检测平面的姿态和距离，使水下机器人的相机安装平面与检测平面平行，并使相机与检测平面距离保持恒定，最终实现水下机器人对水下结构表面的清晰成像。此外，本发明公开的方法能够不经计算而直接输出意义鲜明的光斑图像，使得人工对水下机器人的位姿有直观的判断，便于人工确认和校验，从而提高水下机器人运行的安全性。

根据本申请的第一个方面，提供一种水下相对位姿的测量装置，其特征在于，包括：

第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源以第一方向安装在水下机器人的安装平面上，且所述第一光源和所述第二光源的颜色不同；

第一相机，以所述第一方向安装在所述安装平面上，所述第一相机位于所述第一光源和所述第二光源之间，用于采集所述第一光源和所述第二光源在检测平面上的第一投影光斑；

第三光源和第四光源，所述第三光源和所述第四光源以第二方向安装在所述安装平面上，且所述第三光源和所述第四光源的颜色不同；

第二相机，以所述第二方向安装在所述安装平面上，所述第二相机位于所述第三光源和所述第四光源之间，用于采集所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上的第二投影光斑；以及

处理装置，用于接收所述第一相机采集的第一投影光斑和所述第二相机采集的第二投影光斑，根据所述第一投影光斑和所述第二投影光斑判断所述安装平面与所述检测平面是否平行；在确定所述安装平面与所述检测平面平行的情况下，根据所述第一光源和所述第二光源或者所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上的重合区域以及所述重合区域之外两端的光斑区域确定所述第一相机或者所述第二相机与所述检测平面的距离。

根据本申请的第二个方面，提供一种测量水下相对位姿的方法，其特征在于，包括：

根据第一投影光斑和第二投影光斑判断水下机器人的安装平面与检测平面是否平行，其中，所述第一投影光斑是以第一方向安装在所述安装平面上的第一相机采集的第一光源和第二光源在所述检测平面上的投影光斑，所述第一光源和所述第二光源以所述第一方向安装在所述安装平面上，所述第一相机位于所述第一光源和所述第二光源之间，所述第二投影光斑是以第二方向安装在所述安装平面上的第二相机采集的第三光源和第四光源在所述检测平面上的投影光斑，所述第三光源和所述第四光源以所述第二方向安装在所述安装平面上，所述第二相机位于所述第三光源和所述第四光源之间；

在确定所述安装平面与所述检测平面平行的情况下，根据所述第一光源和所述第二光源或者所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上的重合区域以及所述重合区域之外两端的光斑区域确定所述第一相机或者所述第二相机与所述检测平面的距离。

根据本申请提供的水下相对位姿的测量方案，能够有效测量水下设备与检测平面的相对位置关系，具有计算简洁，无需复杂标定，测量结果便于人工校验等突出优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1是根据本申请实施例的水下相对位姿的测量装置安装示意图。

图2是根据本申请实施例的检测平面与安装平面平行的情况下光斑颜色随检测平面与安装平面之间距离的变化的示意图。

图3是根据本申请一个实施例的水下相对位姿的测量方法的流程图。

图4是根据本申请实施例的检测平面与光束平面相交的示意图。

图5是根据本申请实施例的检测平面与安装平面的z轴存在夹角时，光斑颜色的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请公开的方案基于多色光源混色原理，通过特殊设计的光源照射角度，使水下机器人相对检测表面的距离和姿态发生变化时，多色光源照亮区域的图案发生有规律的变化，从而可建立相对距离、姿态与光源照亮图案中某些几何量的函数关系，实现相对位姿测量。上述图案的变化具有明显的指示意义，因此便于人工校验。

根据本申请的一个方面，提供一种水下相对位姿的测量装置。图1是根据本申请实施例的水下相对位姿的测量装置安装示意图。如图1所示，以水下机器人本体上的一点为原点，以水下机器人的上下为x轴，左右为y轴，前后为z轴。不失一般性，假设待测平面为倾斜立面，相机安装在机器人侧面，机器人在水平面上沿着与待测平面平行的方向前进，则要保证相机的焦平面与待检测的平面保持平行，等效于使x和z轴与待测平面平行。

如图1所示，水下相对位姿的测量装置包括主相机、第一光源、第二光源、第三光源、第四光源、第一相机、第二相机和处理装置，其中，主相机安装在水下机器人一个侧面的中心，将该侧面称为安装平面，主相机的光轴垂直于安装平面。在安装平面上安装四个光源，其中，第一光源、第二光源和第一相机安装在安装平面的第一方向（对应图1中的z轴方向）上，第一光源、第二光源的连线与第一方向平行，第一相机位于第一光源和第二光源之间，第三光源、第四光源和第二相机安装在安装平面的第二方向（对应图1中的x轴方向）上，第三光源、第四光源的连线与第二方向平行，第二相机位于第三光源和第四光源之间。在本申请实施例中，第一相机、第二相机和主相机和光源前端到安装平面的距离相等。

在一个具体实施例中，第一光源、第二光源、第三光源和第四光源均为线光源，这样，光源在一个平面上投射的光斑为线状或长条状, 第一光源、第二光源的线状光斑的方向与第一方向（对应于z轴）平行，第三光源、第四光源的线状光斑的方向与第二方向（对应于x轴）平行，所有光束所在平面均垂直于安装平面。第一光源和第二光源的颜色不同，第三光源和第四光源的颜色不同，例如，光源的颜色可以是红绿蓝中任意两种颜色的组合，在一个具体实施例中，第一光源和第三光源为绿色G，第二光源和第四光源为蓝色B。

在一个具体实施例中，第一相机和第二相机分别安装在第一光源和第二光源的中心位置以及第三光源和第四光源的中心位置，第一相机和第二相机的光轴也垂直于安装平面。

第一光源和第二光源向其中间的第一相机方向倾斜，若将光源光束的出射角度记为θ，那么将第一光源和第二光源的倾斜角大小设置为θ/2。如图2所示，此时第一光源和第二光源的光束外边界线（图2中第一光源的光束左边界和第二光源的光束右边界）与安装平面垂直，与相机光轴平行。第一光源的外（左）边界与第二光源的内（左）边界的交点记为P1，第一光源的内（右）边界与第二光源的外（右）边界的交点记为P2，两个光源的光束内边界的交点记为P3。

主相机的对焦距离为W，将第一光源和第二光源的中心距离记为L，调整L或前述光束出射角度θ，使两者满足下面关系：

L=W*tanθ (1)

按照与配置第一光源和第二光源相同的方式配置第三光源和第四光源。

在图1所示的实施例中，第一相机用于采集第一光源和第二光源在检测平面上的第一投影光斑，第二相机用于采集第三光源和第四光源在检测平面上的第二投影光斑。处理装置用于接收第一相机采集的第一投影光斑和第二相机采集的第二投影光斑，并基于第一投影光斑和第二投影光斑获得水下机器人相对于检测平面的位姿，即获得水下机器人相对于检测平面是否平行以及水下机器人相对于检测平面的距离。

在根据上述方式配置第一光源、第二光源、第三光源、第四光源、第一相机、第二相机和主相机后，可以根据光源在检测平面投影的光斑确定安装平面与检测平面是否平行，主相机与检测平面的距离是否为主相机的对焦距离。

从而，根据本申请的另一个方面，提出一种水下相对位姿的测量方法。如图3所示，该方法包括如下步骤S301和步骤S302。

步骤S301，根据第一投影光斑和第二投影光斑判断水下机器人的安装平面与检测平面是否平行。

步骤S302，在确定安装平面与检测平面平行的情况下，根据第一光源和第二光源或者第三光源和第四光源在检测平面上的重合区域以及重合区域之外两端的光斑区域的颜色确定第一相机或者第二相机与检测平面的距离。

在安装平面与检测平面不平行的情况下，为了使主相机对检测平面清晰成像，首先需要调整安装平面与检测平面的相对姿态，使得二者平行，然后再根据步骤S302确定相机与检测平面的距离，从而调整距离。

图4是根据本申请实施例的检测平面与光束平面相交的示意图。图4示出三个平面，其中平面A,B为光束所在平面，平面A和B相互垂直。平面C为检测平面。图4中粗实线为检测平面与光束平面的交线，显然，光斑位于交线上。当检测平面与安装平面不平行，则两条交线与z轴和x轴分别存在大于0的夹角α和β。

下面以第一光源和第二光源为例，分析光斑颜色随光束平面与检测平面交线位置变化的情况。

图5是根据本申请实施例的检测平面与安装平面的z轴存在夹角时，光斑颜色的示意图。图5中虚线L1,L2,L3分别表示经过点P1,P2,P3且与检测平面平行的直线。点M1,M2,M3表示光斑与第一光源光束左边界的交点，点N1,N2,N3表示光斑与第二光源光束右边界的交点，点O1,O2,O3表示光斑与第一光源和第二光源的中心线（图5中点划线表示）的交点，在图5中也是第一相机的图像竖直中心线与光斑的交点。点P0表示第一相机的位置，从P0发出的两条短划线表示相机视野范围。

显然，线段M1N1,M2N2,M3N3的长度均为L/cosα。

1、当检测平面位于L1以下时，光斑左端颜色为B，中间重合区域的颜色变为Q，右端颜色为G；线段M3N3刚好为重合区域。

2、当检测平面位于L1和L2之间时，光斑左端颜色为G，中间重合区域的颜色变为Q，右端颜色为G；线段M2N2为光斑左端+重合区域。

3、当检测平面位于L2和L3之间时，光斑左端颜色为G，中间重合区域的颜色变为Q，右端颜色为B；线段M1N1为全部光斑。

4、当检测平面位于L3以上时，则光斑分为两段，没有颜色为Q的重合区域，表明距离检测平面过近，应立即后退避免碰撞，无需进行具体数值计算。

光斑在图像中的长度由其对应的视角范围决定，以线段M1O1，N1O1为例，其对应的视角范围分别为θ1和θ2，那么根据图像尺寸、线段M1O1，N1O1在图像中的长度以及第一相机的视场角可计算出θ1和θ2。

θ1=len（M1O1）/width1*angle1

θ2=len（N1O1）/width1*angle1

其中len（）表示线段在图像中的长度，width1为第一相机拍摄图像的宽度，angle1为第一相机的视场角。

由平面几何知识可知：

L/2/tanθ1=P0O1-L/2*tanα （2）

L/2/tanθ2=P0O1+L/2*tanα （3）

由上述公式可进一步推导出：

α=tan^-1[(tanθ1-tanθ2)/（2tanθ1*tanθ2）] （4）

上述1、2和3三种情况均可由以上方法求出检测平面与z轴的夹角α。

由上述公式也可推导出P0O1的长度（即第一相机到图像中光斑中心的距离）： d1=L [(tanθ1+tanθ2)/(tanθ1*tanθ2)])] /4 （5）

同理，可由以上方法通过第三光源和第四光源的光斑图像求出检测平面与x轴的夹角β，以及第二相机到图像中光斑中心的距离。

这样，步骤S301具体包括：根据所述第一相机采集的图像的宽度、线段A1O1和B1O1在所述图像中的长度、以及所述第一相机的视场角确定所述检测平面与所述安装平面的第一方向之间的第一夹角，根据所述第二相机采集的图像的宽度、线段A2O2, B2O2在所述图像中的长度、以及所述第二相机的视场角确定所述检测平面与所述安装平面的第二方向之间的第二夹角。

在步骤S301中，点A1表示所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上投射光斑与所述第一光源光束的第一边界的交点，点B1表示所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上投射光斑与所述第二光源光束的第二边界的交点，点O1表示所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上投射光斑与所述第一光源和所述第二光源的中心线的交点；点A2表示所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上投射光斑与所述第三光源光束的第一边界的交点，点B2表示所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上投射光斑与所述第四光源光束的第二边界的交点，点O2表示所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上投射光斑与所述第三光源和所述第四光源的中心线的交点。其中，第一边界和第二边界分别表示光源光束的两个边界，例如，在图5中，分别表示光源光束的左边界和右边界。

在得到第一夹角和第二夹角后，若第一夹角和第二夹角均为0°，则表示安装平面与检测平面平行。若第一夹角和第二夹角不为0°时，需要根据计算得到的夹角的数值对水下机器人的位姿进行调整，即通过步骤S301描述的方式计算安装平面与检测平面的相对角度，控制机器人本体旋转，使安装平面与检测平面平行。在安装平面与检测平面平行后，根据步骤S302确定相机与检测平面的距离，从而调整距离。控制水下机器人平移，使检测平面与第一相机或第二相机间距为主相机的对焦距离W，从而使检测平面与主相机对焦平面重合。

接下来，在确定检测平面与安装平面的情况下，确定检测平面是否与主相机对焦平面重合，以及在检测平面与主相机对焦平面不重合的情况下，判断与检测平面的距离是偏近还是偏远，从而调整水下机器人与检测平面的距离。

图2是根据本申请实施例的检测平面与安装平面平行的情况下光斑颜色随检测平面与安装平面之间距离的变化的示意图。从图2可以得出，在安装平面与检测平面平行的情况下，第一光源和第二光源在检测平面的投影光斑的重合区域之外两端的光斑区域的长度相等，同理，第三光源和第三光源在检测平面的投影光斑的重合区域之外两端的光斑区域的长度相等。

在确定安装平面与检测平面平行的情况下，可以根据第一光源和第二光源在检测平面上的投影光斑或第三光源和第四光源在检测平面上的投影光斑确定第一相机或者第二相机与检测平面的距离。

如图2所示，以第一光源和第二光源为例，分为如下四种情况：

第一种情况，当检测平面到第一相机的距离d等于主相机的对焦距离W，检测平面与主相机的对焦平面重合（图中虚线L1所示位置），则第一光源和第二光源在检测平面上的投射光斑也完全重合。根据混色原理，重合区域的颜色变为Q，且颜色为Q的区域的长度L_Q=L。

第二种情况，当检测平面到第一相机的距离d大于主相机的对焦距离W（对应图2中虚线L1以下区域），则检测平面上的光斑由三个不同颜色的部分组成，中间区域颜色为Q，大小保持不变，颜色为Q的区域的长度L_Q为：

L_Q=L (6)

靠近第一光源的一端的颜色与第二光源的颜色相同，例如为蓝色B，靠近第二光源的一端的颜色与第一光源的颜色相同，例如为绿色G。蓝色B和绿色G的区域长度为：

L_B=L_G=(d-W/2)*tanθ-L/2 (7)

第三种情况，当检测平面到第一相机的距离d大于主相机的对焦距离的一半W/2，小于主相机的对焦距离W（对应图2中虚线L1和L3之间的区域），则光斑由三个不同颜色的部分组成，中间区域颜色为Q，靠近第一光源的一端颜色与第一光源的颜色相同，例如为绿色G，靠近第二光源的一端的颜色与第二光源的颜色相同，例如为蓝色B。

颜色Q的区域长度为L_Q=2*(d-W/2)*tanθ (8)

颜色B和G的区域长度为：

L_B=L_G=0.5*(L-L_Q) (9)

第四种情况，当检测平面到第一相机的距离d小于主相机的对焦距离的一半W/2（对应图2中虚线L3以上区域），则光斑分为两段，没有颜色为Q的重合区域，表明距离检测平面过近，应立即后退避免碰撞，无需进行具体数值计算。

综合上述分析，可获得距离与光斑颜色的对应关系：

（a）d=0.5*（L_Q/(L_B+L_G+L_Q)+1）*W，距离偏近，光斑颜色为“左G，中间Q，右B”；

（b）d=W，距离准确，光斑颜色“只有颜色Q”；

（c）d=（1+L_B/L_Q）*W，距离偏远，光斑颜色为“左B，中间Q，右G”；

（d）d<0.5*W，距离过近，光斑颜色为“没有颜色Q”。

上述距离计算中只用到已知量W以及各颜色实际长度的比值。当检测面与安装面平行，图像中各处分辨率一致，各颜色在图像中的长度比值与实际长度比值相等，因此，在实际计算时，上述公式中的L_B、L_Q、L_G可直接用图像中对应区域的长度（单位：像素）替换。

从而，步骤S302包括子步骤S3021，S3022，S3023和S3024。

子步骤S3021，在第一光源和第二光源在检测平面上的投射光斑完全重合的情况下，确定主相机的对焦平面与检测平面重合。

子步骤S3022，在第一光源和第二光源在检测平面上的投射光斑包括重合区域以及重合区域之外的两端的光斑区域的情况下，并且靠近第一光源的一端光斑区域的颜色与第二光源的颜色相同，靠近第二光源的一端光斑区域的颜色与第一光源的颜色相同时，确定检测平面到第一相机的距离大于主相机的对焦距离。

子步骤S3023，在第一光源和第二光源在检测平面上的投射光斑包括重合区域以及重合区域之外的两端的光斑区域的情况下，并且靠近第一光源的一端光斑区域的颜色与第一光源的颜色相同，靠近第二光源的一端光斑区域的颜色与第二光源的颜色相同时，确定检测平面到第一相机的距离大于主相机的对焦距离的一半小于主相机的对焦距离；

子步骤S3024，在第一光源和第二光源在检测平面上的投射光斑不包括重合区域的情况下，确定检测平面到第一相机的距离小于主相机的对焦距离的一半。

通过与第一光源和第二光源相同的方式，通过对第三光源和第四光源在检测平面投射的光斑，可以确定第二相机与检测平面的距离，不再赘述。在确定相机与检测平面的距离偏远或偏近之后，就可以有目的的对安装平面进行移动，在安装平面与所述检测平面平行的情况下，只要将第一相机和第二相机中任一个到检测平面的距离调整到主相机的对焦距离即可。

现有技术中存在的不足还包括没有考虑人工校验问题：采集的原始数据不能提供人眼可理解的信息，因此当自动测量结果出现较大偏差时，使用者无法校验该结果是否异常。对于水下机器人，人工校验可有效避免水下机器人与作业对象发生碰撞，提高安全性，便于人工校验也是本申请要考虑的一个重要指标。

从上述描述的过程可以看出，通过对光源投射到检测平面上的光斑的观察，即可获知相机与检测平面的距离是偏近还是偏远，例如，如表1所示，“左B，中间Q，右G”表示距离偏远，“没有颜色Q”表示距离太近，本申请通过光源投射的光斑的颜色，使得人工对水下机器人的位姿有直观的判断，提高安全性，例如，光斑中没有重合区域Q时，人工可以直观获知水下机器人距离检测平面太近，需要避免水下机器人与作业对象发生碰撞。

在确定检测平面与主相机对焦平面重合后，关闭第一光源、第二光源、第三光源和第四光源，开启照明光源，主相机曝光采集图像。

根据本申请提供的水下相对位姿的测量方案，基于多色光源混色原理，能够自动测量水下机器人相对检测平面的姿态和距离，使水下机器人的相机安装平面与检测平面平行，并使相机与检测平面距离保持恒定，最终实现水下机器人对水下结构表面的清晰成像。此外，本发明公开的方法能够不经计算而直接输出意义鲜明的光斑图像，使得人工对水下机器人的位姿有直观的判断，便于人工确认和校验，从而提高水下机器人运行的安全性。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种水下相对位姿的测量装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述处理装置用于：

在确定所述检测平面与所述安装平面平行，且在所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上的投射光斑完全重合的情况下，确定主相机的对焦平面与所述检测平面重合；

在所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上的投射光斑包括重合区域以及所述重合区域之外的两端的光斑区域的情况下，并且靠近所述第一光源的一端光斑区域的颜色与所述第二光源的颜色相同，靠近所述第二光源的一端光斑区域的颜色与所述第一光源的颜色相同时，确定所述检测平面到所述第一相机的距离大于主相机的对焦距离；

在所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上的投射光斑包括重合区域以及所述重合区域之外的两端的光斑区域的情况下，并且靠近所述第一光源的一端光斑区域的颜色与所述第一光源的颜色相同，靠近所述第二光源的一端光斑区域的颜色与所述第二光源的颜色相同时，确定所述检测平面到所述第一相机的距离大于所述主相机的对焦距离的一半且小于所述主相机的对焦距离；

在所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上的投射光斑不包括重合区域的情况下，确定所述检测平面到所述第一相机的距离小于所述主相机的对焦距离的一半。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述处理装置用于：

根据所述第一相机采集的图像的宽度、线段A1O1, B1O1在图像中的长度、以及所述第一相机的视场角确定所述检测平面与所述安装平面的第一方向之间的第一夹角，根据所述第二相机采集的图像的宽度、线段A2O2, B2O2在图像中的长度、以及所述第二相机的视场角确定所述检测平面与所述安装平面的第二方向之间的第二夹角；

其中，点A1表示所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上投射光斑与所述第一光源光束的第一边界的交点，点B1表示所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上投射光斑与所述第二光源光束的第二边界的交点，点O1表示所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上投射光斑与所述第一光源和所述第二光源的中心线的交点；点A2表示所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上投射光斑与所述第三光源光束的第一边界的交点，点B2表示所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上投射光斑与所述第四光源光束的第二边界的交点，点O2表示所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上投射光斑与所述第三光源和所述第四光源的中心线的交点。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述检测平面与所述安装平面的第一方向之间的第一夹角为：

α=tan^-1[(tanθ1-tanθ2)/（2tanθ1*tanθ2）]，

所述检测平面与所述安装平面的第二方向之间的第二夹角为：

β=tan^-1[(tanθ3-tanθ4)/（2tanθ3*tanθ4）]，

其中，θ1=len（A1O1）/width1*angle1,θ2=len（B1O1）/width1*angle1，θ3=len（A2O2）/width2*angle2，θ4=len（B2O2）/width2*angle2，其中，len（）表示线段在图像中的长度，width1，width2分别为所述第一相机和所述第二相机的图像宽度，angle1为所述第一相机的视场角，angle2为所述第二相机的视场角。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述处理装置用于：

在所述第一夹角和所述第二夹角均为0°的情况下，确定所述安装平面与所述检测平面平行。

6.如权利要求1至5任一者所述的测量装置，其特征在于，所述第一相机位于所述第一光源和所述第二光源之间的中心位置，所述第二相机位于所述第三光源和所述第四光源之间的中心位置。

7.如权利要求1至5任一者所述的测量装置，其特征在于，所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源和所述第四光源的光束所在平面垂直于所述安装平面。

8.如权利要求1至5任一者所述的测量装置，其特征在于，还包括主相机，其安装在所述安装平面的中心，所述主相机的对焦距离设置为W，所述第一光源和所述第二光源之间的中心距离与所述第三光源和所述第四光源之间的中心距离相等且设置为L，所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源和所述第四光源的光束的射出角度设置为θ，其中，L=W*tanθ。

9.如权利要求1至5任一者所述的测量装置，其特征在于，所述第一光源、所述第二光源、所述第三光源和所述第四光源为线光源，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向。

10.一种测量水下相对位姿的方法，其特征在于，包括：

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光源和所述第二光源或者所述第三光源和所述第四光源在所述检测平面上的重合区域以及所述重合区域之外两端的光斑区域确定所述第一相机或者所述第二相机与所述检测平面的距离包括：

在所述第一光源和所述第二光源在所述检测平面上的投射光斑完全重合的情况下，确定主相机的对焦平面与所述检测平面重合；

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一投影光斑和所述第二投影光斑判断所述安装平面与所述检测平面是否平行包括：根据所述第一相机采集的图像的宽度、线段A1O1, B1O1在图像中的长度、以及所述第一相机的视场角确定所述检测平面与所述安装平面的第一方向之间的第一夹角，根据所述第二相机采集的图像的宽度、线段A2O2, B2O2在图像中的长度、以及所述第二相机的视场角确定所述检测平面与所述安装平面的第二方向之间的第二夹角；

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述检测平面与所述安装平面的第一方向之间的第一夹角为：

α=tan^-1[(tanθ1-tanθ2)/（2tanθ1*tanθ2）]，

β=tan^-1[(tanθ3-tanθ4)/（2tanθ3*tanθ4）]，

其中，θ1=len（A1O1）/width1*angle1,θ2=len（B1O1）/width1*angle1，θ3=len（A2O2）/width2*angle2，θ4=len（B2O2）/width2*angle2，其中，len（）表示线段在图像中的长度，width1和width2分别为所述第一相机和所述第二相机的图像宽度，angle1为所述第一相机的视场角，angle2为所述第二相机的视场角。

14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一投影光斑和所述第二投影光斑判断所述安装平面与所述检测平面是否平行包括：在所述第一夹角和所述第二夹角均为0°的情况下，确定所述安装平面与所述检测平面平行。