專利名稱：：基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及半導體激光器、全方位視覺、GPS以及計算機視覺技術在河道寬度實時測量方面的應用，屬于數字攝像測量技術。
背景技術：
：河道測量工作是一項長期而重要的基礎工作。目前，在河道的測量手段還相對落后，存在著測量勞動強度大、效率低、測量速度慢、精度低等問題，不能滿足當前河道開發(fā)治理、防洪決策的需要。迫切需要采用新技術新方法和采用先進的儀器設備。近年來在河道的深度實時測量已有所突破，在測量船上安置一個GPS系統(tǒng)和聲納水深探測器，通過測量船的航行實時得到船舶的位置以及在該位置情況下的水深；但是僅僅獲得水深信息對河道截面測量來說還是不夠的，河道截面測量需要河道的深度信息、位置信息以及寬度信息，通過這些信息組合加工才能完成河道的實時截面測量。GPS(全球定位系統(tǒng))是繼子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)之后，美國政府推出的第二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)。運用GPS進行高精度動態(tài)測量已成為國內外的一個重要研究方向。這方面的應用主要有無地面控制的空中三角測量、航空重力測量、用活動的地面車輛繪制重力向量圖、海上三維地震測量和高精度海洋測量。為了提高GPS測量的精度，動態(tài)差分定位愈來愈引起人們的重視。動態(tài)差分要比坐標差分嚴密且效果更好。GPS差分的高精度潛能還在于載波相位的應用，相位與偽距相結合的差分方法能夠達到O.5-lm的精度。這樣的定位精度已經基本上滿足了測量船舶的定位要求。目前市場上的水深測量設備采用0dom公司的EchotracDF3200MKII精密雙頻聲納測深儀，GPS定位采用徠卡S530，并配置相應的測量軟件；在測量船中部船舷架設測深儀器換能器探頭，將測量儀與GPS等其它測量設備與筆記本電腦相連接，打開水深測量軟件，設置好相應的連接參數，就能進行在線的河道水深測量。對于河道的寬度實時測量，采用數字攝像測量技術是一個發(fā)展趨勢。其核心就是采用基于計算機視覺的雙目立體視覺三維測量與立體重構技術對河道邊緣處進行深度測量；類似生物的兩眼，從兩眼(兩個視點)來觀察同一河道邊緣點，獲取河道邊緣點的深度信息，依此估算出河道的寬度；計算機立體視覺測量是以獲取在不同視角下的感知圖像，通過三角測量原理計算圖像像素間的位置偏差、即視差，來獲取景物的三維信息，這一過程與人類視覺的立體感知過程是類似的。立體視覺測量中的關鍵是要實現同一被測物體在不同角度觀測的立體匹配，所謂的立體匹配是指根據對所選特征的計算，建立特征之間的對應關系，將同一個空間物理點在不同圖像中的映像點對應起來。立體匹配是立體視覺中最重要也是最困難的問題。當空間三維場景被投影為二維圖像時，同一景物在不同視點下的圖像會有很大不同，而且場景中的諸多因素，如光照條件，景物幾何形狀和物理特性、噪聲干擾和畸變以及攝像機特性等，都被綜合成單一的圖像中的灰度值。因此，要準確地對包含了如此之多不利因素的圖像進行無歧義的匹配，顯然是十分困難的，至今這個問題還沒有得到很好的解決。立體匹配的有效性有賴于三個問題的解決，即選擇正確的匹配特征，尋找特征間的本質屬性及建立能正確匹配所選擇特征的穩(wěn)定算法。立體視覺測量是模仿人類利用雙目線索感知距離的方法，實現對三維信息的感知，在實現上采用三角測量的方法，運用兩個攝像機對同一物點從不同位置成像，并進而從視差中計算出距離。但是目前立體視覺的技術還無法達到全方位的實時感知，在攝像機標定、特征提取和立體圖像匹配方面還沒有得到很好的解決。目前雙目立體視覺測量系統(tǒng)的一個局限性是焦距固定，由于一個固定的焦距只能在一定景深范圍內清晰拍攝圖像，因而限制了測試區(qū)域；標定技術還沒有很好解決，立體視覺測量系統(tǒng)在各種運動中變化參數是不可避免的，比如運輸過程中的震動、工作沖擊等的影響，而實際中又不可能總是放幾張棋盤在"眼前"進行標定，因而限制了許多應用；雙目立體視覺測量系統(tǒng)還沒有實現小型化、微型化，使得在機器人、航模等領域的應用受到限制；計算量大，難以進行實時處理，因而限制了實時目標辨識等應用；雙目視覺的對應點匹配歧異性大，造成了匹配的誤差，影響了匹配精度。目前三維立體視覺測量技術中最大難題是被動式的立體攝像測量中普遍存在的計算機資源消耗大、實時性能差、實用性不強、魯棒性不高。通常解決該問題的一種有效的方法是采用結構光主動視覺技術，如點結構光、線結構光掃描法以及編碼結構光法等。近年發(fā)展起來的全方位視覺傳感器全方位視覺傳感器(OmniDirectionalVisionSensors)為實時獲取場景的全景圖像提供了一種新的解決方案。全方位視覺傳感器的特點是視野廣(360度)，能把一個半球視野中的信息壓縮成一幅圖像，一幅圖像的信息量更大；獲取一個場景圖像時，全方位視覺傳感器在場景中的安放位置更加自由，可以獲得以測量船為中心的河道場景的實時圖像。中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?2158343.9公開了一種基于主動視覺的物體三維模型快速獲取方法，標定投影設備所投出的各光柵平面在參考坐標系下的光平面方程以及參考坐標系到照相機的投影變換矩陣；將物體放在系統(tǒng)前方，分別拍攝一幅帶有光柵的物體圖像和一幅只帶有紋理的物體圖像；將拍攝的圖像輸入計算機；通過自動或人機交互方式從輸入圖像中提取出投影在物體上的光柵的邊緣并進行聚類；將提取出的每一個邊緣點反投影到空間中所對應的光平面方程上，由此求出物體上所有光柵邊緣點在參考坐標系下的三維坐標，得到物體的可見表面的三維模型；對所提取的物體表面上的三維點進行三角分解，并將帶有紋理的物體圖像的紋理信息映射到所獲取的三維模型上；將物體旋轉一定角度，重復以上步驟，獲得物體不同側面的三維模型，并通過數據融合獲得完整的物體三維模型。這項技術存在著攝像區(qū)域受限，仍需使用精密標定裝置事先標定有關參數，而且它們只能適用于特定的場合，要做到在線實時標定或不標定重構三維場景，難度很大，有時甚至不可能。主動式全方位視覺需要有一種全景的彩色體結構光技術支持才能實現快速立體視覺測將半導體激光器作為主動式立體全方位視覺傳感器中的主動光源是一種理想的選擇；半導體激光器是利用半導體晶體材料產生激光的器件，它和其他激光器一樣，具有相干性好、方向性強、發(fā)散角小、亮度高等特點，并且還有著體積小、效率高、調制方便、重量輕、可靠性高、轉換效率高、功耗低、驅動電源簡單、能直接調制、結構簡單、價格低廉、使用安全、其應用領域非常廣泛。如工業(yè)探測、測試測量儀器、軍事、安防、野外探測、建筑類掃平及標線類儀器等。半導體激光器的一些獨特優(yōu)點使之非常適合于主動視覺上的應用，由于可用普通電池驅動，使主動式立體全方位視覺傳感器中配置成為可能。目前半導體激光器作為主動式視覺測量已有應用，附圖8所示的是半導體激光器作為點光源進行視覺測量的原理圖；附圖9所示的是半導體激光器作為線光源進行視覺測量的原理圖；附圖IO所示的是半導體激光器作為面光源進行視覺測量的原理圖；這些主動式視覺測量方法存在著測量范圍小、沒有固定的投射中心點，要實現實時在線的立體測量以及三維立體重構仍然存在著很大的困難，而且無法實現主動全景視覺測量。
發(fā)明內容為了克服已有的河道測量工作勞動強度大、效率低、測量速度慢、精度低等不足，本發(fā)明提供一種能夠快速完成測量、實時性好、實用性強、魯棒性高的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是—種基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，包括GPS傳感器、聲納傳感器、具有固定單一視點的全方位視覺傳感器、具有固定單一發(fā)射中心點的全景彩色體結構光發(fā)生器以及用于對河道寬度進行三維立體攝像測量、河道地圖數據獲取、與河道深度數據融合的微處理器，所述全方位視覺傳感器的視點與所述全景彩色體結構光發(fā)生器的發(fā)射中心點配置在同一根軸心線上；所述的全方位視覺傳感器、全景彩色體結構光發(fā)生器、GPS傳感器和聲納傳感器均固定在同一立桿延長線上；所述全方位視覺傳感器包括雙曲面鏡面、上蓋、透明半圓形外罩、下固定座、攝像單元固定座、攝像單元、連接單元和上罩；所述的雙曲面鏡面固定在所述的上蓋上，所述的連接單元將所述的下固定座和透明半圓形外罩連接成一體，所述的透明半圓形外罩與所述的上蓋以及所述的上罩固定在一起，所述的攝像單元固定在所述的攝像單元固定座上，所述的攝像單元固定座固定在所述的下固定座上，所述的攝像單元的輸出與所述微處理器連接；所述的攝像單元是寬動態(tài)CMOS成像器件；所述的全景彩色體結構光發(fā)生器包括圓形面體基板和3組具有不同發(fā)光中心波長的激光二極管，所述的激光二極管固定在所述的圓形面體基板上，所述的圓形面體基板為內部圓型中空、上下圓柱形中空的圓形面體，所述的圓形面體基板的外圓形面上從零緯度開始以相隔相同角度均勻等分排列著與激光二極管的外直徑相等的小孔，在同一緯度線上同時配置了三顆具有相同發(fā)光中心波長的激光二極管；所述的3組具有不同發(fā)光中心波長的激光二極管依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值到最大俯角按順序插入到小孔內，每個激光二極管的發(fā)射光方向與所插入相應小孔的法線方向重合；所述的全景彩色體結構光發(fā)生器和所述的全方位視覺傳感器連接，全景彩色體結構光發(fā)生器上的圓形面體基板平面正對著測量船的航行方向，所述的全景彩色體結構光發(fā)生器的發(fā)射中心0p和所述的全方位視覺傳感器的視點0v在同一軸心線上，當供電電源給全景彩色體結構光發(fā)生器供電時，所述的全景彩色體結構光發(fā)生器從測量船的兩側發(fā)出扇形面全景彩色體結構光，所有光的發(fā)光中心點在全景彩色體結構光發(fā)生器的圓形面體的中心點上；所述微處理器包括LD光源控制單元，用于控制全景彩色體結構光發(fā)生器發(fā)出全彩色全景結構光，在LD光源控制單元使全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時，在全方位視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點的深度和方位角度信息；實際LD光源的供電電源開關控制采用如附圖11所示的激光二極管控制電子回路來實現，當用軟件接通電子開關KlK8中的任何一個開關，激光二極管就會發(fā)光；反之將電子開關斷開，激光二極管就不發(fā)光；視頻圖像加工模塊，用于在獲取的全景視頻圖像上添加測量船的位置信息和該位置上的水深信息，以便后續(xù)人機交互、修正河道自動視頻測量中的錯檢與漏檢；河道寬度計算模塊，用于計算河道邊緣上的點到基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置的中心點的距離及入射角，分別計算河道兩側邊緣點與全方位視覺傳感器的實焦點Om的距離RL1、RR1，河道兩側邊緣點與測量船立桿中心點的距離BL、BR;其輸出與河道截面圖自動生成模塊連接；河道截面圖自動生成模塊，用于根據得到的河道兩側邊緣點與全方位視覺傳感器的實焦點Om的距離RL1、RR1，河道兩側邊緣點與測量船立桿中心點的距離BL、BR以及河道深度信息生成河道截面圖，河道深度信息從聲納傳感器獲得。進一步，所述的激光二極管的投射角設計為O。16°范圍內，所述的3組具有不同發(fā)光中心波長的激光二極管依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值到最大俯角16°按順序插入到相應的小孔內。再進一步，所述的雙曲面鏡面構成的光學系統(tǒng)由下面5個等式表示；((X2+Y2)/a2)-((Z_c)2/b2)=_1當Z>0時(1)c=;2+62(2)P=tan—1(Y/X)(3)a=tan—1[(b2+c2)sinY_2bc]/(b2+c2)cosY(4)7=tan-'[//V(x2+/)](5)式中X、Y、Z表示空間坐標，c表示雙曲面鏡的焦點，2c表示兩個焦點之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實軸和虛軸的長度，13表示入射光線在XY投影平面上與X軸的夾角，即方位角，a表示入射光線在XZ投影平面上與X軸的夾角，這里將a稱為入射角，a大于或等于O時稱為俯角，將a小于0時稱為仰角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點的距離，Y表示折反射光線與Z軸的夾角；x，y表示在成像平面上的一個點，在所述的雙曲面鏡面設計時將垂直方向的可視范圍限制在俯角80。到20°范圍內。更進一步，所述河道寬度計算模塊包括左側投射角ap^和右側投射角a^計算單元，用于利用彩色全景投影的投射角ap與彩色全景投影中某個激光半導體LD所發(fā)射出的光波長之間具有一定的函數關系來計算的，當全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于0N狀態(tài)時，成像平面上的像素的色彩分量與投射角ap存在一一對應關系，利用所述對應關系來得到左側投射角aK和右側投射角aPK;左側入射角a。^和右側入射角a。K計算單元，用于利用全方位視覺傳感器的入射角aQl、a。K與折反射角Y。。Y。K之間存在著公式(9)所示的函數關系，a0L=tan—i[(b2+c2)siny0L_2bc]/(b2+c2)cosy0L(9)a0K=tan—1[(b2+c2)sinY0K_2bc]/(b2+c2)cosY0K折反射角Y。。Y。K與成像平面上的河道左右側邊緣點L(xl，yl)、R(x2，y2)存在著公式(10)所示的函數關系，^-tan-'L/vVoP+yl2)]'(10)&s=tan—1[//知2+;;22)]通過公式(9)和(10)可得到成像平面上的河道左右側邊緣點L(xl，yl)、R(x2，y2)與左側入射角a^和右側入射角a。K之間的函數關系；從左側投射角ap。右側投射角a『左側入射角a。^和右側入射角a。K這些信息來確定河道左右側邊緣點Lp、Rp。所述河道寬度計算模塊還包括左側距離BL和右側距離服計算單元，用于測量船的中心點位置，由GPS定位系統(tǒng)來確定，利用正弦和余弦定理來計算所述的左側距離BL和右側距離BR，公式(11)(12)分別計算成像平面上的河道左右側邊緣點與全方位視覺傳感器的實焦點0v的距離Ru、I^，然后根據RURK1以及aQl、a。K計算測量船中心點到河道邊緣的左側距離和到河道邊緣的右側距離BK，5",w=A!2+"2+2《xHxsinO=[-^-^f+//2+2x[-^-^]xi/xsin(a。t)(11)~sin("Pi-aOL)sin(Q^-a0i)r，〔5xsin0r72+aPfi)，2^，「5xsin(;r/2+ara)，^^^=[-^-+if+2x[-^-^]xi/xsin(aos)B(x,y)=BL(x,y)+BK(x,y)(12)式中B為基線距，即投影光源中心點0p與全方位視覺傳感器的實焦點0v之間的距離，H為測量船的立桿上的全方位視覺傳感器的實焦點0v與立桿和水平面相交點之間的距離，a。^為河道左側邊緣點入射角，a。K為河道右側邊緣點入射角，dp^為河道左側邊緣點投射角，a^為河道右側邊緣點投射角，BUx,y)為河道左側邊緣點與測量船中心點BO(x，y，z)之間的距離，BK(x,y)為河道右側邊緣點與測量船中心點B0(x，y，z)之間的距離，B(x,y)為在船舶中心點位于B0(x，y，z)時的河道寬度。所述河道寬度計算模塊還包括左側距離BL和右側距離服計算單元中，用于設置一張光編碼表來實現某一光波長A與某一投射角ap之間存在的映射關系，所述某一投射角ap是泛指，具體根據河道左右邊緣點有aK和a^;—張入射角計算表來實現某一個點的坐標數據與該點所對應的入射角ao之間存在的映射關系，這里入射角ao是泛指，具體根據河道左右邊緣點有a。。a。^投射角ap、入射角ao計算采用查表方式實現；首先在全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時按全方位視覺傳感器的成像平面的點坐標順序讀取某一個像素點的波長A值，以點坐標值檢索入射角計算表得到該點所對應的入射角ao，接著以該點的光波長A值檢索光編碼表得到該光波長A所對應的投射角ap;最后利用公式(11)計算得到船舶中心點到河道左右邊緣點之間的距離信息，利用公式(12)計算得到在船舶中心點位于B0(x，y，z)時的河道寬度；表1為投射角ap與顏色波長A值的關系表；<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l在成像平面的某個像素點上獲得的色彩波長，根據查表，通過插值計算得到在色彩波長的投射角ap;插值計算如公式(13)所示，=+~"^("-""一,)U(13)式中，An—p、分別為已知某顏色波長入p的相鄰的顏色中心波長，an—pcin分別為已知某顏色波長Ap的相鄰的投射角。所述的寬動態(tài)CMOS成像器件，其感光器件采用了以寬動態(tài)CMOS感光芯片技術，芯片中的核心是采用了特殊DSP電路對明亮部分進行最合適的快門速度曝光，再對暗的部分用最合適的快門速度曝光，最后將多個圖像進行DSP處理重新組合。本發(fā)明的技術構思為要完成實時、快速、準確的主動式立體視覺測量必須解決以下幾個方面的問題l)視覺測量的視點必須是固定的單一視點；2)投影光源的發(fā)射點必須是固定的單一發(fā)射中心點；3)在視覺傳感器平面上的像素點必須帶有空間物點的深度信息；4)視覺傳感器的單一視點和投影光源的單一發(fā)射中心點必須在同一個軸心線上；5)同時能滿足遠、中、近距離的視覺測量；6)攝像單元、投影光源單元和被測物體都能統(tǒng)一在同一個坐標系內；7)視覺傳感器必須是寬動態(tài)的，即使在陽光下也不會出現飽和現象；8)同時配合GPS和水深測量裝置，能將測量船舶的位置信息、河道的深度信息以及河道的寬度信息進行融合，自動生成河道的三維立體數據和截面圖。對于問題l)，本發(fā)明中采用固定單一視點的全方位視覺傳感器的設計；對于問題2)，本發(fā)明中采用球面體結構全景彩色技術，固定單一發(fā)射中心點為球體的圓心；對于問題3)，本發(fā)明中采用色彩顏色作為空間物點的深度信息；對于問題4)，我們在設計時保證全方位視覺傳感器與全景彩色體結構光發(fā)生器同軸；對于問題5)，從投影光源來說，所投射的光能照射到遠、中、近距離，即光源的聚光性要好，本發(fā)明中采用激光照射；從全方位視覺傳感器來說，采用折反射成像技術，對遠、中、近距離的物象不會存在焦距問題；對于問題6)，本發(fā)明中采用了統(tǒng)一的高斯球面坐標系，將攝像單元、投影光源單元和被測物體都統(tǒng)一在高斯球面坐標系中，從而減少在各種坐標系中的相互轉換所浪費計算資源和計算時間，提高系統(tǒng)實時性和魯棒性；對于問題7)，本發(fā)明中的攝像單元采用寬動態(tài)攝像技術，從而保證在任何光照條件下不會出現光飽和的現象，提高系統(tǒng)的自適應性；對于問題8)以GPS定位數據為線索，將河道的深度數據和河道的寬度數據進行融合，達到自動生成河道的三維立體圖。河道測量涉及河道的地理位置、河道的深度和寬度的測量；河道的地理位置信息的測量是通過GPS傳感器來實現的，河道的深度的測量是通過聲納傳感器來實現的；本發(fā)明提出的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置是河道測量中的一個重要測量項目，并且與河道的地理位置測量緊密相關；河道的寬度實時測量時需要實時獲取動態(tài)測量點的坐標，并在該坐標上標志出河道的寬度；GPS傳感器是用于接收全球定位系統(tǒng)(GPS)信號的傳感器，GPS指利用在大約20183公里高度繞地球軌道運行的24顆人造衛(wèi)星來跟蹤全球位置的系統(tǒng)。即，GPS是一種衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其中安裝在測量船上的GPS傳感器接收從衛(wèi)星發(fā)送的無線電波，由于已知衛(wèi)星的精確位置，所以能夠計算出接收無線電波所需的時間，從而獲取測量船的位置；安置在測量船上的GPS傳感器接收GPS信號，并且使用測量船的幾何坐標x，y，z和當前時間信息t向微處理器中的位置檢測子系統(tǒng)發(fā)送位置信息，微處理器根據位置檢測子系統(tǒng)所獲得的測量船的位置信息、根據深度檢測子系統(tǒng)所獲得的該位置情況下的水深信息、根據寬度檢測子系統(tǒng)所獲得的該位置情況下的河道寬度信息動態(tài)生成河道的三維立體測量圖。本發(fā)明的有益效果主要表現在1)、提供了一種全新的河道寬度立體視覺檢測方法，通過主動的全景彩色結構光發(fā)生、基于雙曲面鏡折反射的全方位成像技術，結合GSP定位和聲納水深測量技術實現了快速實時的河道截面立體攝像測量；2)、充分利用了LD光色純和光束集中的優(yōu)點，構成全景彩色結構光發(fā)生器的每個LD都具有分立的光譜，譜線狹窄，色彩豐富，鮮艷，LD發(fā)光大部分集中會聚于中心，發(fā)散角小，河道寬度的主動視覺測量范圍可以從數十米到公里級；3)、采用了寬動態(tài)攝像技術，使得基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置的環(huán)境適應性得到極大提高；4)、同時能滿足遠、中、近距離的視覺測量，具有自動化測量程度高，能自動動態(tài)生成河道的截面測量圖；5)利用全方位視覺的功能，可以使得測量船實現無人駕駛操作測量。圖1為一種全方位視覺傳感器的結構圖；圖2為一種用于河道寬度立體視覺檢測的全景彩色結構光發(fā)生器的結構圖；圖3為基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置的原理圖；圖4為河道截面實時測量裝置的示意圖；圖5為全方位視覺傳感器成像原理圖；圖6為主動三維立體全景成像過程說明圖；圖7為全方位視覺傳感器和全景彩色結構光發(fā)生器在同一極線平面上的說明圖；圖8為點激光視覺測量示意圖；圖9為線激光視覺測量示意圖；圖10為面激光視覺測量示意圖；圖11為激光二極管控制線路圖；圖12為河道截面實時測量裝置的處理流程圖；圖13為寬動態(tài)范圍場景成像原理圖；圖14為河道寬度測量的模型圖。具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。實施例1參照圖17、圖1314，一種基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，包括具有固定單一視點的全方位視覺傳感器、具有固定單一發(fā)射中心點的全景彩色體結構光發(fā)生器以及用于對河道寬度進行三維立體攝像測量、河道地圖數據獲取、與河道深度數據融合的微處理器，所述全方位視覺傳感器的視點與所述全景彩色體結構光發(fā)生器的發(fā)射中心點配置在同一根軸心線上；所述的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置、所述的GPS傳感器和所述的聲納傳感器配置均固定在同一立桿延長線上，如附圖4所示，所述的立桿固定在測量船舶的中心位置并與水平面垂直；所述全方位視覺傳感器包括雙曲面鏡面2、上蓋1、透明半圓形外罩3、下固定座4、攝像單元固定座5、攝像單元6、連接單元7、上罩8，如附圖1所示；所述的雙曲面鏡面2固定在所述的上蓋1上，所述的連接單元7將所述的下固定座4和透明半圓形外罩3連接成一體，所述的透明半圓形外罩3與所述的上蓋1以及所述的上罩8通過螺釘固定在一起，所述的攝像單元6用螺釘固定在所述的攝像單元固定座5上，所述的攝像單元固定座5用螺釘固定在所述的下固定座4上，所述全方位視覺傳感器中的所述的攝像單元6的輸出與所述微處理器連接；所述的攝像單元6是寬動態(tài)CMOS成像器件；在寬動態(tài)CMOS成像器件中每個像素和一個數模轉換相配套，因此強光像素降低了曝光量，低光像素相反增加曝光量。這個特點對于要獲取全景視頻圖像的全方位視覺傳感器來說具有十分重要的意義；這是因為一個CCD傳感器可以調節(jié)亮景和暗景，但是不能同時對兩個亮度進行調節(jié)。在原先的全方位視覺傳感器中由于采用的是CCD傳感器，當我們將原先的全方位視覺傳感器安裝在室內時，得到的曝光效果是不錯的，可以比較清晰地獲得室內的全景視頻圖像；而當我們將全方位視覺傳感器移動到室內外的交界區(qū)域，全方位視覺傳感器就不能很好的工作，室外的場景出現了過度曝光，不能捕捉到室外面的任何東西。在河道上使用中也會出現類似的問題，比如太陽光的照射是在不斷變化的，在陽光斜射到全方位視覺傳感器上時全方位視覺傳感器就不能很好的工作，被陽光照射的一側出現了過度曝光，成像時表現為白茫茫的一片；同時陽光斜射到水面上的鏡面反射也會出現過度曝光現象。人類的眼睛在不同的光照條件下具有自動調節(jié)功能，適用連續(xù)變化的光線，能看到最理想圖像。當眼睛看到一幅包含亮光和暗光的場景時，能夠減少對強光區(qū)域的敏感度，增加對黑暗物體和陰影部分的細節(jié)的敏感度。寬動態(tài)全方位視覺傳感器采用一種新的CMOS傳感器技術，保證了盡管前景是強光的條件下，陰影部分物體仍然清晰可見；強光區(qū)域的物體也不會消失，同時也能很好的抽取出激光照射的色彩信息，其原理圖如附圖13所示；所述的全景彩色體結構光發(fā)生器包括圓形面體基板9_1、3組具有不同發(fā)光中心波長的激光二極管LD9-2，如附圖2所示；所述的激光二極管LD9-2固定在所述的圓形面體基板9-l上，所述的圓形面體基板為內部圓型中空、上下圓柱形中空的圓形面體，所述的圓形面體基板的外圓形面上從零緯度開始以相隔一定角度均勻等分排列著與激光二極管LD9-2的外直徑相等的小孔，由于本發(fā)明中要獲得河道邊緣的信息，全景彩色體結構光發(fā)生器的安裝高度高于水平面，為了能保證全景彩色體結構光發(fā)生器所發(fā)出的激光基本上都在河道邊緣附近以提高投射角的分辨率，在設計中將所有激光二極管的投射角設計為0°16°范圍內，在同一緯度線上同時配置了三顆具有相同發(fā)光中心波長的激光二極管；所述的3組具有不同發(fā)光中心波長的激光二極管LD9-2依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值(0°)到最大俯角(16°)按順序插入到相應的小孔內，每個激光二極管的發(fā)射光方向與所插入相應小孔的法線方向重合；所述的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，通過連接桿10(也稱為立桿)將所述的全景彩色體結構光發(fā)生器和所述的全方位視覺傳感器連接起來，如附圖3所示，連接桿10的上部的法蘭通過螺釘固定全方位視覺傳感器，全景彩色體結構光發(fā)生器套在連接桿10中并用螺釘進行固定，全景彩色體結構光發(fā)生器上的圓形面體基板平面正對著測量船的航行方向，這種連接方式保證了所述的全景彩色體結構光發(fā)生器的發(fā)射中心Op和所述的全方位視覺傳感器的視點Ov在同一軸心線上，全方位視覺傳感器的電源線、視頻數據線以及全景彩色體結構光發(fā)生器的電源線均從連接桿10的中孔內穿出，連接到供電電源以及微處理器的相應接口上；當供電電源給全景彩色體結構光發(fā)生器供電時，所述的全景彩色體結構光發(fā)生器將從測量船的兩側發(fā)出扇形面全景彩色體結構光，所有光的發(fā)光中心點在全景彩色體結構光發(fā)生器的圓形面體的中心點上；目前已開發(fā)出并投放市場的半導體激光器的波段有370nm、390nm、405nm、430nm、473nm、532nm、593nm、635nm、650nm、670nm、780nm、808nm、850nm、980nm、1310nm、1550nm等，其中1310nm、1550nm主要用于光纖通訊領域。390nm-370nm為紫外光波段，405nm-670nm為可見光波段，780nm-1550nm為紅外光波段。本發(fā)明中將采用可見光波段的半導體激光器，其中心波長在405nm、430nm、473nm、532nm、593nm、635nm、650nm、670nm，每個半導體激光器LD9-2的光線發(fā)射方向與圓形面體9-l的法線方向重合，這樣產生的所有彩色光均是從圓形面體9-l的中心向外發(fā)射，所形成的彩色結構光與所述全景彩色體結構光發(fā)生器上某個半導體激光器LD所處的緯度值ap之間具有一定的函數關系，因此只要得到某一個光的波長就可以估算出全景彩色體結構光發(fā)生器的緯度值ap，即發(fā)光體的俯角；由于全景彩色體結構光發(fā)生器9的軸心和全方位視覺傳感器的軸心相重疊，全景彩色體結構光發(fā)生器9的主動投影的經度必定是與全方位視覺傳感器的方位角相一致的，從計算機視覺的角度來說，必定處在同一極平面上，如附圖9所示；主動立體視覺的范圍由附圖4給出，在附圖4中的斜線部分就是立體全景視覺的范圍；根據上述的設計，當全景彩色體結構光發(fā)生器處于供電狀態(tài)時，全景彩色體結構光發(fā)生器在緯度方向上形成了扇型狀的呈按照角度函數關系變化的峰值波長的投射光，投射光從測量船的兩側發(fā)出并朝向河道邊緣部位；如附圖8所示，當空間上的一個點A(X，Y，Z)，即河道的邊緣點接受到一定波長的光，按照附圖3的配置方式，投射到河道邊緣點A(X，Y，Z)的光是藍色光，波長為473nm，該光點A(X，Y，Z)繼續(xù)向全方位視覺傳感器的雙曲面鏡2反射，光線朝向全方位視覺傳感器的雙曲面鏡2的實焦點，根據雙曲面的鏡面特性向著全方位視覺傳感器的虛焦點14折反射，圖5所示；反映實物圖像的各具有一定波長的光點經全方位視覺傳感器的雙曲面鏡2反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個點P(x，y)對應著實物在空間上的一個點的坐標A(X，Y，Z)，成像光路圖如圖6中的粗實線所示；通過上述的設計，全景彩色體結構光發(fā)生器和全方位視覺傳感器分別具有一個固定的發(fā)射中心點和一個固定的視點，并且這兩個點處在同一對稱中心軸的這兩個特點；所謂的發(fā)射中心點對于全景彩色體結構光發(fā)生器來說是指全景彩色體結構光發(fā)生器的發(fā)射中心點，即圓形面體9-l的圓心，如附圖6中的0p;對于全方位視覺傳感器來講是指全方位視覺傳感器的折反射鏡面的實焦點，如附圖6中的0v;通過全景彩色體結構光發(fā)生器和全方位視覺傳感器的共同作用確定了河道邊緣點A(X，Y，Z)在成像平面上點P(x，y)的投射角ap和入射角ao，即在成像平面上點P(x，y)上可以確定點A(X，Y，Z)的深度信息，即可以估算出河道邊緣點到測量船的距離，如附圖6(a)所示；關于方位角，由于全景彩色體結構光發(fā)生器9的軸心和全方位視覺傳感器的軸心相重疊，全景彩色體結構光發(fā)生器9的主動投影的經度必定是與全方位視覺傳感器的方位角相一致，因此將全景彩色體結構光發(fā)生器9的主動投影的經度值作為全方位視覺傳感器的方位角數據；進一步，介紹全方位視覺傳感器的工作原理進入雙曲面鏡的中心的光，根據雙曲面的鏡面特性向著其虛焦點折射。實物圖像經雙曲面鏡反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個點P(x，y)對應著實物在空間上的一個點的坐標A(X，Y，Z);圖5中的2—雙曲線面鏡，12-入射光線，13-雙曲面鏡的實焦點0m(0，0，c)，14_雙曲面鏡的虛焦點，即攝像單元6的中心0c(O，O，-c)，15-反射光線，16-成像平面，17-實物圖像的空間坐標A(X，Y，Z)，18-入射到雙曲面鏡面上的圖像的空間坐標，19-反射在成像平面上的點P(x，y);圖5中所示的雙曲面鏡構成的光學系統(tǒng)可以由下面5個等式表示；((X2+Y2)/a2)—((Z_c)2/b2)=_1當Z>0時(1)c=V"2+62(2)P=tan—1(Y/X)(3)a=tan—Kt^+CsinY-ZbcW+CcosY(4);K二tan-)[/7V(Jc2+力](5)式中X、Y、Z表示空間坐標，c表示雙曲面鏡的焦點，2c表示兩個焦點之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實軸和虛軸的長度，13表示入射光線在XY投影平面上與X軸的夾角，即方位角，a表示入射光線在XZ投影平面上與X軸的夾角，這里將a稱為入射角，a大于或等于O時稱為俯角，將a小于0時稱為仰角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點的距離，Y表示折反射光線與Z軸的夾角；x，y表示在成像平面上的一個點；根據附圖4所示河道寬度主動立體視覺測量方案中，關于河道場景的所有視頻信息都處于全方位視覺傳感器的實焦點0v之下；為了使得全方位視覺傳感器在關注的河道邊緣區(qū)域內具有較高的成像分辨率，在所述的雙曲面鏡面2設計時需要盡可能將垂直方向的可視范圍限制在俯角80。到20°范圍內，如附圖5所示；本發(fā)明中通過加大雙曲面鏡的實軸a和虛軸b的比來提高河道場景內成像分辨率；具有某一特定波長的點將在全方位視覺傳感器的成像平面上有一個對應點，即P(x，y)，根據雙曲面鏡的折反射成像原理可通過公式(6)計算出該點的折反射光線與Z軸的夾角Yo;有了折反射角Yo，就可以通過公式(7)計算得到具有某一特定波長的點的入射角ao，^tanl//^"/)](6)a。=tan—1[(b2+c2)sinY。_2bc]/(b2+c2)cosY。(7)由于某一波長光的波長的投射角ap與入射角ao均在同一極平面上，如附圖7所示，有了這兩個數據就能方便地得到空間點與觀察點的位置深度和角度信息，即在全方位視覺傳感器成像平面上的某一個像素點的位置代表入射角ao的信息，該像素點的色彩代表投射角ap的信息；所述的微處理器中包括河道寬度測量子系統(tǒng)、測量船舶位置檢測子系統(tǒng)和河道深度檢測子系統(tǒng)；所述的河道寬度測量子系統(tǒng)中包括LD光源控制單元、視頻圖像讀取模塊、視頻圖像加工模塊、河道寬度計算模塊、河道截面圖自動生成模塊和存儲設備；如附圖12所示；所述的LD光源控制單元，用于控制全景彩色體結構光發(fā)生器發(fā)出全彩色全景結構光，在LD光源控制單元使全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時，在全方位視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點的深度和方位角度信息；實際LD光源的供電電源開關控制采用如附圖11所示的激光二極管控制電子回路來實現，當用軟件接通電子開關K1K8中的任何一個開關，激光二極管就會發(fā)光；反之將電子開關斷開，激光二極管就不發(fā)光；圖11中BA5104是發(fā)射器芯片，K1K8是控制輸入端，內接上拉電阻。當接通其中任一控制輸入端時，0SC1和0SC2腳所內接的時鐘電路及外接455kHz晶體、電容Cl、C2組成的振蕩電路起振，經內部電路分頻產生38kHz載頻，經達林頓管D1581放大后驅動半導體激光管LD送出調制載波脈沖激光信號。電位器W用以調節(jié)激光管的工作電流，以使其處于額定工作電流之內。LED端是發(fā)射狀態(tài)顯示輸出端，有高電平輸出時，LED發(fā)亮。圖ll中的LD半導體激光二極管，是光電開關發(fā)射器的關鍵元件。激光二極管與普通LED的原理相同，但能產生幾倍的光能，并能達到更遠的檢測距離，檢測距離可長達數百米至數公里，半導體激光光源是一種相干性強的光源，因而方向性很強，用光學系統(tǒng)準直后，可很容易的把發(fā)散角限制在O.2mrad以內。激光照射的光斑大小可按下式近似計算d=LX9(14)式中，d為光斑直徑(mm);L為檢測距離(m);e為發(fā)散角(mrad)。若一束激光投射到500m遠處，可近似得光斑直徑為lOOmm，可見光斑并不大，在此范圍內仍有較大的能量分布。因此，有時需要從檢測距離來確定激光二極管的發(fā)散角，一般測量距離遠需要采用小的發(fā)散角激光二極管，對于測量距離近則可以采用大的發(fā)散角激光二極管。進一步，采用激光激光對人體，特別是人眼有嚴重傷害，使用時需特別小心。國際上對激光有統(tǒng)一的分類和統(tǒng)一的安全警示標志，根據激光對人體的危險度分類，在光樹內觀察對眼睛的MPE(maximalpossibleeffect最大可能的影響)做基準，激光器分為四類(ClasslClass4)，一類激光器對人是安全的，二類激光器對人有較輕的傷害，三類以上的激光器對人有嚴重傷害，使用時需特別注意，避免對人眼直射。本發(fā)明中為了測量較遠的距離采用二類激光器，即ClassII級低輸出的可視激光(功率0.4mW-lmW)，人閉合眼睛的反應時間為0.25秒，用這段時間算出的曝光量不可以超過MPE值。通常lmW以下的激光，正常暴露在這種激光器的光束下不會對眼睛的視網膜造成永久性的傷害，但是會導致暈眩，本發(fā)明中采用間斷式的照射，每次照射時間都為一秒以下，因此該裝置對人眼來說是安全的。所述的視頻圖像讀取模塊，用于讀取全方位視覺傳感器的視頻圖像，并保存在所述的存儲設備中，其輸出與所述的空間信息計算模塊連接；在全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時所讀取的全景視頻圖像中的各像素色彩帶有某物點的深度和方位角度信息；如附圖6所示；比如在附圖8(a)中某物點的像素P(i，j)中讀取的顏色為藍色，該顏色表示全景彩色體結構光發(fā)生器的投射角ap為南緯6。，根據雙曲面鏡的成像原理通過公式(6)、(7)計算成像平面上的P(i，j)的入射角ao，通過投射角ap、入射角ao以及全景彩色體結構光發(fā)生器的中心點和全方位視覺傳感器的實焦點Om之間的距離得到空間物點(河道邊緣點)的深度信息；所述的視頻圖像加工模塊，用于在獲取的全景視頻圖像上添加測量船的位置信息和該位置上的水深信息，以便后續(xù)人機交互、修正河道自動視頻測量中的錯檢與漏檢；所述的河道寬度計算模塊，用于計算河道邊緣上的點到基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置的中心點的距離及入射角，分別計算河道兩側邊緣點與全方位視覺傳感器的實焦點0m的距離Ru、I^，河道兩側邊緣點與測量船立桿中心點的距離B。BK;其輸出與河道截面圖自動生成模塊連接；所述的河道寬度計算模塊包括測量船兩側河道邊緣點的左側投射角ciK和右側投射角a^計算單元、左側入射角a。^和右側入射角a。K計算單元、左側距離B^和右側距離BK計算單元；所述的左側投射角ciK和右側投射角a^計算單元，用于利用彩色全景投影的投射角ap與彩色全景投影中某個激光半導體LD所發(fā)射出的光波長之間具有一定的函數關系來計算的，當全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時，成像平面上的像素的色彩分量與投射角ap存在一一對應關系，利用該關系來得到左側投射角aK和右側投射角aPR所述的左側入射角a。,和右側入射角a。K計算單元，用于利用全方位視覺傳感器的入射角a。。a。K與折反射角Y。。Y。K之間存在著公式(9)所示的函數關系，a0L=tan—1[(b2+c2)sinY0L_2bc]/(b2+c2)cosY0La0K=tan—1[(b2+c2)sinY。K_2bc]/(b2+c2)cosY0K(9)折反射角Y。。Y。K與成像平面上的河道左右側邊緣點L(xl，yl)、R(x2，y2)存在著公式(10)所示的函數關系，^-tan-'[y7如2+W2)](10)y訓=tan—1[//V(x22+少22)]通過公式(9)和(10)可得到成像平面上的河道左右側邊緣點L(xl，yl)、R(x2，y2)與左側入射角a。^和右側入射角a。K之間的函數關系；當得到了左側投射角ap。右側投射角a吣左側入射角a。^和右側入射角a。K這些信息后，實際河道左右側邊緣點Lp、Rp也就確定了，如附圖14所示；所述的左側距離B^和右側距離BK計算單元，測量船的中心點位置由GPS定位系統(tǒng)來確定，如附圖14中的B0點；這里需要考慮測量船搖擺的影響，不能用直角三角型的計算公式，本發(fā)明中利用正弦和余弦定理來計算所述的左側距離B^和右側距離BK，公式(11)(12)分別計算成像平面上的河道左右側邊緣點與全方位視覺傳感器的實焦點0V的距離Ru、R^，然后根據RuRK1以及a。。a。K計算測量船中心點到河道邊緣的左側距離B^和到河道邊緣的右側距離BK，I"=..v02+2x^x7/xSin("。J=|[丑xsi*/2+&々+^+2x[^^^〗xhxsin(ajU1)Vsm(q^-a0i)sinK-"。￡)=vV+"2+2x^x/Zxsin("。》=si*/2付—2+^+2x[萬x蜂/2+"ra)xffxsin(a。JVsin(a尸w-o^)sin(ara-a0K)(12)B(x,y)=BL(x,y)+BK(x,y)式中B為基線距，即投影光源中心點Op與全方位視覺傳感器的實焦點0v之間的距離，H為測量船的立桿上的全方位視覺傳感器的實焦點0v與立桿和水平面相交點之間的距離，a^為河道左側邊緣點入射角，a。K為河道右側邊緣點入射角，dp^為河道左側邊緣點投射角，a^為河道右側邊緣點投射角，BUx,y)為河道左側邊緣點與測量船中心點BO(x，y，z)之間的距離，BK(x,y)為河道右側邊緣點與測量船中心點B0(x，y，z)之間的距離，B(x,y)為在船舶中心點位于BO(x，y，z)時的河道寬度。再進一步，在所述的左側距離B^和右側距離BK計算單元中，設置一張光編碼表來實現某一光波長A與某一投射角ap之間存在的映射關系，這里某一投射角ap是泛指，具體根據河道左右邊緣點有aK和a^;—張入射角計算表來實現某一個點的坐標數據與該點所對應的入射角ao之間存在的映射關系，這里入射角ao是泛指，具體根據河道左右邊緣點有a。。a。H投射角ap、入射角ao計算采用查表方式實現；首先在全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時按全方位視覺傳感器的成像平面的點坐標順序讀取某一個像素點的波長A值，以點坐標值檢索入射角計算表得到該點所對應的入射角ao，接著以該點的光波長A值檢索光編碼表得到該光波長A所對應的投射角ap;最后利用公式(11)計算得到船舶中心點到河道左右邊緣點之間的距離信息，利用公式(12)計算得到在船舶中心點位于BO(x，y，z)時的河道寬度；再進一步，我們可以設計一張投射角ap與顏色波長A值的關系表，如表1所示；表1投射角ap與相應顏色波長A值對應表<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>如果在成像平面的某個像素點上獲得的色彩波長為540nm，根據查表，可以得到該顏色波長在綠色532nm和淺綠黃色593nm之間，可以通過插值計算得到在色彩波長為540nm時的投射角ap為南緯6.26°;插值計算如公式(13)所示，=a—!+"^~^(H,)4—i-義"(13)式中，An—p、分別為已知某顏色波長Ap的相鄰的顏色中心波長，an—pcin分別為已知某顏色波長A。的相鄰的投射角。權利要求一種基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，其特征在于所述基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置包括GPS傳感器、聲納傳感器、具有固定單一視點的全方位視覺傳感器、具有固定單一發(fā)射中心點的全景彩色體結構光發(fā)生器以及用于對河道寬度進行三維立體攝像測量、河道地圖數據獲取、與河道深度數據融合的微處理器，所述全方位視覺傳感器的視點與所述全景彩色體結構光發(fā)生器的發(fā)射中心點配置在同一根軸心線上；所述的全方位視覺傳感器、全景彩色體結構光發(fā)生器、GPS傳感器和聲納傳感器均固定在同一立桿延長線上；所述全方位視覺傳感器包括雙曲面鏡面、上蓋、透明半圓形外罩、下固定座、攝像單元固定座、攝像單元、連接單元和上罩；所述的雙曲面鏡面固定在所述的上蓋上，所述的連接單元將所述的下固定座和透明半圓形外罩連接成一體，所述的透明半圓形外罩與所述的上蓋以及所述的上罩固定在一起，所述的攝像單元固定在所述的攝像單元固定座上，所述的攝像單元固定座固定在所述的下固定座上，所述的攝像單元的輸出與所述微處理器連接；所述的攝像單元是寬動態(tài)CMOS成像器件；所述的全景彩色體結構光發(fā)生器包括圓形面體基板和3組具有不同發(fā)光中心波長的激光二極管，所述的激光二極管固定在所述的圓形面體基板上，所述的圓形面體基板為內部圓型中空、上下圓柱形中空的圓形面體，所述的圓形面體基板的外圓形面上從零緯度開始以相隔相同角度均勻等分排列著與激光二極管的外直徑相等的小孔，在同一緯度線上同時配置了三顆具有相同發(fā)光中心波長的激光二極管；所述的3組具有不同發(fā)光中心波長的激光二極管依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值到最大俯角按順序插入到小孔內，每個激光二極管的發(fā)射光方向與所插入相應小孔的法線方向重合；所述的全景彩色體結構光發(fā)生器和所述的全方位視覺傳感器連接，全景彩色體結構光發(fā)生器上的圓形面體基板平面正對著測量船的航行方向，所述的全景彩色體結構光發(fā)生器的發(fā)射中心Op和所述的全方位視覺傳感器的視點Ov在同一軸心線上，當供電電源給全景彩色體結構光發(fā)生器供電時，所述的全景彩色體結構光發(fā)生器從測量船的兩側發(fā)出扇形面全景彩色體結構光，所有光的發(fā)光中心點在全景彩色體結構光發(fā)生器的圓形面體的中心點上；所述微處理器包括LD光源控制單元，用于控制全景彩色體結構光發(fā)生器發(fā)出全彩色全景結構光，在LD光源控制單元使全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時，在全方位視覺傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點的深度和方位角度信息；實際LD光源的供電電源開關控制采用如附圖11所示的激光二極管控制電子回路來實現，當用軟件接通電子開關K1～K8中的任何一個開關，激光二極管就會發(fā)光；反之將電子開關斷開，激光二極管就不發(fā)光；視頻圖像加工模塊，用于在獲取的全景視頻圖像上添加測量船的位置信息和該位置上的水深信息，以便后續(xù)人機交互、修正河道自動視頻測量中的錯檢與漏檢；河道寬度計算模塊，用于計算河道邊緣上的點到基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置的中心點的距離及入射角，分別計算河道兩側邊緣點與全方位視覺傳感器的實焦點Om的距離RL1、RR1，河道兩側邊緣點與測量船立桿中心點的距離BL、BR；其輸出與河道截面圖自動生成模塊連接；河道截面圖自動生成模塊，用于根據得到的河道兩側邊緣點與全方位視覺傳感器的實焦點Om的距離RL1、RR1，河道兩側邊緣點與測量船立桿中心點的距離BL、BR以及河道深度信息生成河道截面圖，河道深度信息從聲納傳感器獲得。2.如權利要求1所述的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，其特征在于所述的激光二極管的投射角設計為O。16°范圍內，所述的3組具有不同發(fā)光中心波長的激光二極管依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值到最大俯角16°按順序插入到相應的小孔內。3.如權利要求1或2所述的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，其特征在于所述的雙曲面鏡面構成的光學系統(tǒng)由下面5個等式表示；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中X、Y、Z表示空間坐標，c表示雙曲面鏡的焦點，2c表示兩個焦點之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實軸和虛軸的長度，P表示入射光線在XY投影平面上與X軸的夾角，即方位角，a表示入射光線在XZ投影平面上與X軸的夾角，這里將a稱為入射角，a大于或等于O時稱為俯角，將a小于O時稱為仰角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點的距離，Y表示折反射光線與Z軸的夾角；x，y表示在成像平面上的一個點，在所述的雙曲面鏡面設計時將垂直方向的可視范圍限制在俯角80。到20°范圍內。4.如權利要求1或2所述的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，其特征在于所述河道寬度計算模塊包括左側投射角aK和右側投射角a^計算單元，用于利用彩色全景投影的投射角ap與彩色全景投影中某個激光半導體LD所發(fā)射出的光波長之間具有一定的函數關系來計算的，當全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時，成像平面上的像素的色彩分量與投射角ap存在一一對應關系，利用所述對應關系來得到左側投射角aK和右側投射角aPR;左側入射角a。^和右側入射角a。K計算單元，用于利用全方位視覺傳感器的入射角a。。a。K與折反射角Y。。Y。K之間存在著公式(9)所示的函數關系，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>折反射角Y。。Y。K與成像平面上的河道左右側邊緣點L(xl，yl)、R(x2，y2)存在著公式(10)所示的函數關系，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>通過公式(9)和(10)可得到成像平面上的河道左右側邊緣點L(xl，yl)、R(x2，y2)與左側入射角a。^和右側入射角a。K之間的函數關系；從左側投射角a吣右側投射角aPK、左側入射角a。^和右側入射角a。K這些信息來確定河道左右側邊緣點Lp、Rp。5.如權利要求4所述的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，其特征在于所述河道寬度計算模塊還包括左側距離BL和右側距離BR計算單元，用于測量船的中心點位置，由GPS定位系統(tǒng)來確定，利用正弦和余弦定理來計算所述的左側距離BL和右側距離BR，公式(11)(12)分別計算成像平面上的河道左右側邊緣點與全方位視覺傳感器的實焦點0v的距離Ru、I^，然后根據RuRK1以及a。。a。K計算測量船中心點到河道邊緣的左側距離B^和到河道邊緣的右側距離BK，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中B為基線距，即投影光源中心點Op與全方位視覺傳感器的實焦點Ov之間的距離，H為測量船的立桿上的全方位視覺傳感器的實焦點Ov與立桿和水平面相交點之間的距離，a。^為河道左側邊緣點入射角，a。K為河道右側邊緣點入射角，aK為河道左側邊緣點投射角，aPK為河道右側邊緣點投射角，BUx,y)為河道左側邊緣點與測量船中心點B0(x，y，z)之間的距離，BK(x,y)為河道右側邊緣點與測量船中心點B0(x，y，z)之間的距離，B(x,y)為在船舶中心點位于BO(x，y，z)時的河道寬度。6.如權利要求5所述的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，其特征在于所述河道寬度計算模塊還包括左側距離BL和右側距離BR計算單元中，用于設置一張光編碼表來實現某一光波長入與某一投射角ap之間存在的映射關系，所述某一投射角ap是泛指，具體根據河道左右邊緣點有aK和a^;—張入射角計算表來實現某一個點的坐標數據與該點所對應的入射角ao之間存在的映射關系，這里入射角ao是泛指，具體根據河道左右邊緣點有a。。a。K;投射角ap、入射角ao計算采用查表方式實現；首先在全景彩色體結構光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時按全方位視覺傳感器的成像平面的點坐標順序讀取某一個像素點的波長入值，以點坐標值檢索入射角計算表得到該點所對應的入射角ao，接著以該點的光波長入值檢索光編碼表得到該光波長A所對應的投射角ap;最后利用公式(11)計算得到船舶中心點到河道左右邊緣點之間的距離信息，利用公式(12)計算得到在船舶中心點位于B0(x，y，z)時的河道寬度;表1為投射角ap與顏色波長A值的關系表；<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l在成像平面的某個像素點上獲得的色彩波長，根據查表，通過插值計算得到在色彩波長的投射角ap;插值計算如公式(13)所示，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中，An—p、分別為已知某顏色波長Ap的相鄰的顏色中心波長，an—pCIn分別為已知某顏色波長Ap的相鄰的投射角。7.如權利要求1所述的基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，其特征在于所述的寬動態(tài)CMOS成像器件的感光器件采用了以寬動態(tài)CMOS感光芯片技術，所述芯片技術中，對明亮部分進行最合適的快門速度曝光，再對暗的部分用最合適的快門速度曝光，最后將多個圖像進行DSP處理重新組合。全文摘要一種基于主動立體全景視覺的河道寬度測量裝置，包括GPS傳感器、聲納傳感器、具有固定單一視點的全方位視覺傳感器、具有固定單一發(fā)射中心點的全景彩色體結構光發(fā)生器以及用于對河道寬度進行三維立體攝像測量、河道地圖數據獲取、與河道深度數據融合的微處理器，所述全方位視覺傳感器的視點與所述全景彩色體結構光發(fā)生器的發(fā)射中心點配置在同一根軸心線上；所述的全方位視覺傳感器、全景彩色體結構光發(fā)生器、GPS傳感器和聲納傳感器均固定在同一立桿延長線上。本發(fā)明提供一種能夠快速完成測量、實時性好、實用性強、魯棒性高。文檔編號G01C13/00GK101776452SQ200910102320公開日2010年7月14日申請日期2009年8月28日優(yōu)先權日2009年8月28日發(fā)明者嚴獻頡,俞立,周超,湯一平,湯曉燕申請人:浙江工業(yè)大學