基于图像的水下三点激光测距系统

论文摘要

在深海多金属矿物资源勘探中,海底摄像拖体离底高度信息是多金属矿物资源量评估的一项重要参数,目前主要使用水下高度计进行测量。水下高度计测量频率为1 Hz,不能实时测量显示海底摄像拖体运行过程中离底高度信息的变化,存在离底高度与视频图像不同步匹配的问题。同时,水下高度计不能为视频图像提供比例尺,无法实现矿物大小、覆盖面积、覆盖率的实时有效测量。针对以上问题,本文从离底高度信息的实时测量和提供图像比例尺的需求出发,设计并研制了一套基于图像的水下三点激光测距系统。创新性地将带有固定俯角的水下激光器组与水下成像系统相结合,对系统的激光器组、成像系统、控制系统、深海密封舱体的结构及密封系统等软硬件进行了设计。考虑角度对测距精度的影响,建立了三种角度情况下(垂直、存在旋转角、存在俯仰角)的三点激光测距理论模型,推导了距离与水下激光光斑图像之间的数学关系。空气中搭建定标测试平台,完成了三点激光测距定标实验,验证了三种角度情况下三点激光测距模型的可行性,为提高角度类型未知时三点激光测距的精度,探究了统一的三点激光测距定标公式。水下激光测距实验结果显示,使用优化后的水下三点激光测距算法,在水下10m测试范围内,测距误差平均值为1.5 cm,相对误差平均值为0.3%。探究实验表明:水体浊度对水下三点激光测距系统测距精度几乎无影响,系统稳定性高。将水下三点激光测距与水下高度计和水下单点激光测距仪进行对比讨论,相比之下水下三点激光测距系统的测距实时性高,水体浊度对其测距影响小,系统结构简单。同时三点激光测距系统具有图像比例尺功能,可在测距的基础上实现目标物体尺寸、面积的测量,为水体目标探测提供新的测量手段。最后,此套三点激光测距系统被应用于2017年7月大洋41B航次和2018年9月大洋51航次深海多金属矿物资源勘探任务,实现了对海底摄像拖体离底高度、矿物覆盖面积、覆盖率的实时有效测量,为深海多金属矿物资源的定量化勘探评估提供了有效的技术支撑。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张云菲

导师: 宋宏

关键词: 水下激光测距,激光测距定标,水下图像处理

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,海洋学,无线电电子学

单位: 浙江大学

分类号: TN249;P715

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000278

总页数: 110

文件大小: 9532K

下载量: 143

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标签：水下激光测距论文;  激光测距定标论文;  水下图像处理论文;