无人机载激光线扫描浅滩三维成像研究

发布时间：2021-06-28 09:23

　　设计了一种基于三角法线扫描的无人机载激光雷达三维成像系统。系统以520 nm线激光为光源照射目标,利用无人机扫描获取目标的三维数据。文章设计了无人机载激光线扫描系统的硬件系统,构建了线激光水下折射三维坐标解算模型,提出了水上、水面与水下激光条纹提取的图像处理方法,并利用研制的雷达系统进行了近海浅水区域无人机扫描实验。实验结果表明,系统利用IMU及GPS能够有效提升三维图像的准确性,快速获取目标区域水上及水下目标的三维数据,平均距离分辨率达到3 cm,具有速度快、精度高、成本低的优势,在近岸浅海区域的大范围高速三维成像领域具有广阔的应用前景。 

【文章来源】：激光与红外. 2020,50(02)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

线激光水下折射模型

激光照射到水上物体上时强度较高,激光照射到水面与水下物体时强度略低,并且激光在水下的后向散射强度比水面的强度低并且逐深度下降,水下激光根据物体深浅以及物体表面反射率强度不一,但相比与水下的后向散射的强度要高。激光条纹提取图像处理算法流程如图2所示。为提取不同位置的激光条纹,首先对原始激光图像进行畸变矫正以保证之后水面直线的提取,然后进行高斯滤波与阈值分割,并根据连通域大小去除图像上的孤噪点,根据强度阈值提取强度较高的水上与水下激光条纹,并采用中值法进行条纹中心的提取,再利用Sobel算子求图像横向梯度找出水面升梯度位置,利用霍夫变换剔除直线外噪点并根据最小二乘法拟合直线得到水面位置,根据直线位置分辨水上和水下物体的条纹,最后根据梯度图像找到水下较弱的激光位置,并利用极值法提取水下较弱的激光条纹中心。3 成像系统设计

无人机载激光雷达三维成像系统的软件分为无人机载电脑软件和地面电脑软件,无人机载电脑软件主要承担数据的采集,预处理,数据保存部分,基于LABVIEW平台硬件采集和控制仪器方便的特点,开发基于LABVIEW平台的无人机载系统软件,软件包括激光强度图像采集、IMU数据采集、RTK-GPS数据采集,以及激光条纹提取和数据保存模块。地面电脑可通过同一局域网下远程连接控制无人机载电脑软件运行。地面电脑主要承担数据下载,数据解算,点云处理显示等部分,基于PCL点云库、QT框架设计雷达点云处理显示软件,软件包括数据下载,水下激光条纹中心提取,点云解算,点云处理和点云显示模块。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于结构光三维视觉角焊缝定位系统的研究[J]. 陈思豪,余震,王中任.  激光与红外. 2019(03)
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[3]视觉-线结构光组合技术在轨道检测中的应用[J]. 许万旸,刘艳杰,李潘,王顺,王志恒.  激光与红外. 2018(10)
[4]具有较大测量范围的激光线扫描三维测量机[J]. 宋元鹤,李卫华,赵宏.  激光与红外. 2003(06)



本文编号：3254051