基于线形激光水下地形扫描系统研究

发布时间：2020-10-02 09:57

　　 海洋开发和利用有着巨大的应用前景,使用有效手段进行水下探测,是进行海洋开发的前提,当前,水下地形探测多以声呐为主,然而现有的声呐探测精度很低,无法实现近距离高精度扫描。在水中采用激光扫描方式却能够很好地解决这些问题。本文给出了一种基于线形激光的扫描探测系统,该系统不仅能够实现水下地形扫描与水下目标定位的功能,而且能够在保证精度要求的基础上得到扫描后的三维重建结果。本文在激光条纹中心处理方面,给出了一种结合多阈值算法和基于极值法的高斯拟合法的条纹中心线提取算法。多阈值算法通过采用不同的阈值可以有效地滤除背景噪声,基于极值法的高斯拟合法则对部分激光条纹采用高斯函数进行拟合,最后得到的实验结果既具有阈值法的快速性,又保留高斯拟合法的准确性。本文的主要研究工作如下:首先,针对线形激光水下扫描系统研究的目的,给出了本论文中所设计的扫描系统总体结构组成框架。线形激光水下扫描实验研究根据不同的扫描系统硬件平台可分为前后两个阶段。对应这两种硬件平台,完成了激光扫描系统在不同的软件系统下的设计过程。其次,激光条纹中心线提取、是水下线形激光图像处理研究过程中不可或缺的一部分。本文给出的是一种结合多阈值算法和基于极值法的高斯拟合法的条纹中心线提取算法。实验验证了该方法能够弥补传统激光条纹中心线提取算法在精度和快速性上的不足。然后,激光扫描系统参数的标定是激光扫描系统测量精度的保证。本文提出了采用共线点快速标定法,对比其他复杂的系统结构参数标定方法,实验的最后结果验证了将该标定方法应用在水下环境中系统标定的可行性。最后,在线形激光水下地形扫描实验中,针对不同的水下地形情况,分别采用步进电机滑台和水下自主机器人AUV这两个不同的硬件平台进行展开,实现了水下地形的三维点云重建。在水下目标定位实验中,针对尺寸大小已知的水下目标模型,将激光扫描测量结果与原始尺寸进行对比,分析该系统的扫描精度。根据实验结果,本文所设计的基于线形激光扫描系统能够很好的实现水下地形扫描和目标定位功能。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.41;TN249
【部分图文】：

机滑台和水下自主机器人 AUV。图 2.2 步进电机滑台模型图 图 2.3 水下自主机器人 AUV 外形图2.2.1 步进电机滑台步进电机实物图如图 2.4 所示，步进电机滑台上固定摄像机和线形激光器，控进电机可以驱动滑台在滑轨上移动，通过滑台的移动，对水下目标物体进行扫描。电机类型：深圳市雷赛智能控制股份有限公司生产的 57HS22-C 步进电机，1.8 度/4装平面型防水罩摄像机类型：Microsoft HD 3000，如图 2.5 所示。装平面型防水罩激光器类型：520nm 绿色线形激光，功率 50mW，如图 2.6 所示。

机滑台和水下自主机器人 AUV。图 2.2 步进电机滑台模型图 图 2.3 水下自主机器人 AUV 外形图2.2.1 步进电机滑台步进电机实物图如图 2.4 所示，步进电机滑台上固定摄像机和线形激光器，控进电机可以驱动滑台在滑轨上移动，通过滑台的移动，对水下目标物体进行扫描。电机类型：深圳市雷赛智能控制股份有限公司生产的 57HS22-C 步进电机，1.8 度/4装平面型防水罩摄像机类型：Microsoft HD 3000，如图 2.5 所示。装平面型防水罩激光器类型：520nm 绿色线形激光，功率 50mW，如图 2.6 所示。

机滑台和水下自主机器人 AUV。图 2.2 步进电机滑台模型图 图 2.3 水下自主机器人 AUV 外形图2.2.1 步进电机滑台步进电机实物图如图 2.4 所示，步进电机滑台上固定摄像机和线形激光器，控进电机可以驱动滑台在滑轨上移动，通过滑台的移动，对水下目标物体进行扫描。电机类型：深圳市雷赛智能控制股份有限公司生产的 57HS22-C 步进电机，1.8 度/4装平面型防水罩摄像机类型：Microsoft HD 3000，如图 2.5 所示。装平面型防水罩激光器类型：520nm 绿色线形激光，功率 50mW，如图 2.6 所示。

【参考文献】

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本文编号：2832258