基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量方法及測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量方法及測量裝置，本發(fā)明采用立體視覺技術(shù)，即將雙目相機布置在實驗水槽的外側(cè)，透過實驗水槽的玻璃側(cè)壁非接觸地測量模擬海床的地形變化，不會對局部流場產(chǎn)生干擾，而且可以對整個模擬海床地形進(jìn)行同步采集；本發(fā)明將主動視覺技術(shù)用于水下測量，即利用輔助的結(jié)構(gòu)光透過實驗水槽的玻璃側(cè)壁照射水下地形，在地形上形成密集的結(jié)構(gòu)化紋理或者點陣，使相機更容易分辨，同時也增加了地形特征點的數(shù)量，結(jié)合以高分辨率相機，可以獲得較高精度的地形數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有能夠非接觸、同步、高精度地測量模擬海床地形的優(yōu)點，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的對應(yīng)問題。
【專利說明】基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量方法及測量裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及實驗室模擬海床地形測量方法及測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋工程中由于海流和波浪對海床的長期沖刷侵蝕作用以及海底沙波的推移，使坐落在海床中的海洋平臺和海上風(fēng)電設(shè)備的基礎(chǔ)以及海底輸油管線等發(fā)生裸露甚至懸空，造成整體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，引發(fā)嚴(yán)重的災(zāi)難。海床地形演變是一個動態(tài)的過程，對于海床地形的精確、實時測量是研究沙波運動和局部沖刷機理及規(guī)律的重要基礎(chǔ)。
[0003]實驗室模擬是研究海床地形演變對海洋工程結(jié)構(gòu)物影響的一種重要手段。實驗室模擬海床地形變化包括大尺度的沙波運移和結(jié)構(gòu)物周圍小尺度的局部沖刷。目前，實驗室通常采用超聲波或激光測距儀類型的地形儀通過空間逐點掃描進(jìn)行水下地形測量?；诔暫图す馓匦?，探頭必須伸入水面以下往復(fù)運動對地形進(jìn)行掃描，因此在測量方式上屬于接觸式測量和非同步測量。探頭的存在會對局部流場，尤其是對模擬海洋工程結(jié)構(gòu)物周圍的流場，產(chǎn)生明顯的干擾。非同步測量會難以捕捉某些特殊情況下迅速變化的整個模擬海床地形，比如沖刷起動的瞬間。
[0004]此外，通?；诒粍右曈X進(jìn)行的圖像采集，地形特征點數(shù)量較少，且計算機不容易分辨，獲取的地形數(shù)據(jù)精度不高，

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量方法及測量裝置，以非接觸、同步、高精度地測量模擬海床的地形。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量方法，其包括以下步驟:(I)在至少有一側(cè)壁上有玻璃的實驗水槽的一玻璃側(cè)壁外側(cè)布置雙目相機，使雙目相機正對該玻璃側(cè)壁的玻璃，相機鏡頭對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形，將雙目相機通過數(shù)據(jù)線與控制主機內(nèi)的圖像采集卡連接，由控制主機自動采集圖像，并進(jìn)行分析和處理；(2)用標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定雙目相機對距離其不同遠(yuǎn)近位置處的點所采集到的圖像的空間坐標(biāo)，標(biāo)定系統(tǒng)至少包括一上面精確地繪有黑白相間正方塊圖案的平板狀標(biāo)定板，標(biāo)定時，將標(biāo)定板豎直伸入實驗水槽內(nèi)，使標(biāo)定板的中心高度與正式實驗時海床的平均高度一致，標(biāo)定板上繪有黑白相間正方塊圖案的面與雙目相機正對的玻璃側(cè)壁平行，且朝向雙目相機側(cè)，然后，使標(biāo)定板沿水平方向一步步地從實驗水槽的靠近雙目相機的玻璃側(cè)壁處移動到正對的遠(yuǎn)離雙目相機的側(cè)壁處，同時，雙目相機對起始位置起每一步位置處的標(biāo)定板進(jìn)行圖像采集，直到終點位置，以確定在不同位置處采集到的圖像的空間標(biāo)定系數(shù)；標(biāo)定完成后，將標(biāo)定板提升至實驗水槽的水面之上；(3)用砂雨法海床制備系統(tǒng)在實驗水槽內(nèi)制備出模擬海床；(4)用主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像，或定時出現(xiàn)的激光點陣圖像，并設(shè)定好雙目相機的拍攝頻率；(5)用波流控制系統(tǒng)在實驗水槽內(nèi)產(chǎn)生波流，以模擬海流和波浪，進(jìn)行正式的海床沖刷試驗；(6)由雙目相機對實驗水槽中投射有圖像的模擬海床地形進(jìn)行拍攝，控制主機對采集到的模擬海床地形圖像進(jìn)行分析和處理，基于已有的標(biāo)定系數(shù)，得到模擬海床地形的三維數(shù)據(jù)。
[0008]特別闡明:所述主動結(jié)構(gòu)光指能夠投射出結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像的光學(xué)系統(tǒng)或光電系統(tǒng)。
[0009]一種基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量裝置，其包括實驗水槽，砂雨法海床制備系統(tǒng)、波流控制系統(tǒng)、雙目相機、控制主機、標(biāo)定系統(tǒng)、主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)，所述實驗水槽至少有一側(cè)壁上有玻璃；所述雙目相機布置在實驗水槽的一玻璃側(cè)壁的外側(cè)，且正對該玻璃側(cè)壁的玻璃，相機鏡頭對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形；雙目相機通過數(shù)據(jù)線與控制主機內(nèi)的圖像采集卡連接，由控制主機自動采集圖像，并進(jìn)行分析和處理；所述標(biāo)定系統(tǒng)用于標(biāo)定雙目相機對距離其不同遠(yuǎn)近位置處的點所采集到的圖像的空間坐標(biāo)，所述標(biāo)定系統(tǒng)至少包括一上面精確地繪有黑白相間正方塊圖案的平板狀標(biāo)定板；所述砂雨法海床制備系統(tǒng)用于在實驗水槽內(nèi)制備出模擬海床；所述波流控制系統(tǒng)用于在實驗水槽內(nèi)產(chǎn)生模擬海流和波浪，進(jìn)行海床沖刷試驗；主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)用于向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像，或定時出現(xiàn)的激光點陣圖像。
[0010]優(yōu)選地，所述標(biāo)定系統(tǒng)包括底座、步進(jìn)電機，滾珠絲杠、滑動螺母、連接桿、標(biāo)定板，所述底座橫跨在實驗水槽的靠近雙目相機的玻璃側(cè)壁和另一相對的側(cè)壁之上，底座的一端安裝有步進(jìn)電機，步進(jìn)電機與所述控制主機連接，滾珠絲杠的一端與步進(jìn)電機傳動連接，另一端通過軸承設(shè)置在底座的另一端上，滑動螺母配合設(shè)置在滾珠絲杠上，滑動螺母上豎直安裝連接桿，連接桿的下端豎直安裝標(biāo)定板。
[0011]優(yōu)選地，所述實驗水槽至少有一組相對的側(cè)壁上均有玻璃，所述雙目相機和主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)分別正對布置在一組相對的玻璃側(cè)壁的兩側(cè)。
[0012]優(yōu)選地，所述主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)包括投影儀和投影主機，所述投影儀和投影主機連接，投影儀鏡頭對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形，向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像或網(wǎng)格圖像。
[0013]優(yōu)選地，所述主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)包括連續(xù)式激光器、激光導(dǎo)臂和激光點陣透鏡，所述激光導(dǎo)臂一端連接連續(xù)式激光器的發(fā)射端，另一端連接激光點陣透鏡，激光點陣透鏡對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形，且其發(fā)射的連續(xù)激光點陣覆蓋實驗水槽中模擬海床的被測地形。
[0014]優(yōu)選地，所述主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)包括同步器、脈沖式激光器、激光導(dǎo)臂和激光點陣透鏡，所述同步器分別與脈沖式激光器、雙目相機和控制主機連接，由控制主機設(shè)定同步器參數(shù)，同步控制雙目相機采集頻率和脈沖式激光器的照射頻率，所述激光導(dǎo)臂一端連接脈沖式激光器的發(fā)射端，另一端連接激光點陣透鏡，激光點陣透鏡對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形，且其發(fā)射的連續(xù)激光點陣覆蓋實驗水槽中模擬海床的被測地形。
[0015]本發(fā)明采用立體視覺技術(shù)，即將雙目相機布置在實驗水槽的外側(cè)，透過實驗水槽的玻璃側(cè)壁非接觸地測量模擬海床的地形變化，不會對局部流場產(chǎn)生干擾，而且可以對整個模擬海床地形進(jìn)行同步采集；本發(fā)明將主動視覺技術(shù)用于水下測量，即利用輔助的結(jié)構(gòu)光透過實驗水槽的玻璃側(cè)壁照射水下地形，在地形上形成密集的結(jié)構(gòu)化紋理或者點陣，使相機更容易分辨，同時也增加了地形特征點的數(shù)量，結(jié)合以高分辨率相機，可以獲得較高精度的地形數(shù)據(jù)。
[0016]本發(fā)明具有能夠非接觸、同步、高精度地測量模擬海床地形的優(yōu)點，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的對應(yīng)問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1?3是本發(fā)明采用3種不同的主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)的模擬海床地形測量裝置的示意圖；
[0018]圖中:0、三角架；1、實驗水槽；2、雙目相機；3、控制主機；4、標(biāo)定系統(tǒng)；41、底座；42、步進(jìn)電機；43、滾珠絲杠；44、滑動螺母；45、連接桿；46、標(biāo)定板；5A、主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)；5B、主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)；5C主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)；51、投影儀；52、投影主機；53、激光點陣透鏡；54、激光導(dǎo)臂；55、連續(xù)式激光器；56、脈沖式激光器；57、同步器。
【具體實施方式】
[0019]下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0020]參照圖1?3，本實施例的基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量方法包括以下步驟:(1)在至少有一組相對的側(cè)壁上均有玻璃的實驗水槽I的一組相對的玻璃側(cè)壁外分別布置雙目相機2和主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C,使雙目相機2和主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C正對，使雙目相機2正對玻璃側(cè)壁的玻璃，相機鏡頭以一定的俯角對準(zhǔn)實驗水槽I中模擬海床的被測地形，將雙目相機2通過數(shù)據(jù)線與控制主機3內(nèi)的圖像采集卡連接，由控制主機3自動采集圖像，并進(jìn)行分析和處理，使主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C的鏡頭以一定的俯角對準(zhǔn)實驗水槽I中模擬海床的被測地形；(2)用標(biāo)定系統(tǒng)4標(biāo)定雙目相機2對距離其不同遠(yuǎn)近位置處的點所采集到的圖像的空間坐標(biāo)，標(biāo)定系統(tǒng)4至少包括一上面精確地繪有黑白相間正方塊圖案的平板狀標(biāo)定板46，標(biāo)定時，將標(biāo)定板46豎直伸入實驗水槽I內(nèi)，使標(biāo)定板46的中心高度與正式實驗時海床的平均高度一致，標(biāo)定板46上繪有黑白相間正方塊圖案的面與雙目相機2正對的玻璃側(cè)壁平行，且朝向雙目相機側(cè)，然后，使標(biāo)定板46沿水平方向一步步地從實驗水槽I的靠近雙目相機2的玻璃側(cè)壁處移動到正對的遠(yuǎn)離雙目相機2的側(cè)壁處，同時，雙目相機2對起始位置起每一步位置處的標(biāo)定板46進(jìn)行圖像采集，直到終點位置，以確定在不同位置處采集到的圖像的空間標(biāo)定系數(shù)；標(biāo)定完成后，將標(biāo)定板46提升至實驗水槽I的水面之上；(3)用砂雨法海床制備系統(tǒng)在實驗水槽I內(nèi)制備出模擬海床；(4)通過主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C的鏡頭向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像，或定時出現(xiàn)的激光點陣圖像，并設(shè)定好雙目相機2的拍攝頻率；(5)用波流控制系統(tǒng)在實驗水槽I內(nèi)產(chǎn)生波流，以模擬海流和波浪，進(jìn)行正式的海床沖刷試驗；(6)由雙目相機2對實驗水槽I中投射有圖像的模擬海床地形進(jìn)行拍攝，控制主機3對采集到的模擬海床地形圖像進(jìn)行分析和處理，基于已有的標(biāo)定系數(shù)，得到模擬海床地形的三維數(shù)據(jù)。
[0021]可選地，當(dāng)實驗水槽I只有一側(cè)壁上有玻璃時，可只把雙目相機2布置在該玻璃側(cè)壁外，而不再按圖1?3那樣布置主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C，也可不采用圖1?3中5A/5B/5C那樣的王動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)，只需在標(biāo)定系統(tǒng)4完成標(biāo)定后，將標(biāo)定系統(tǒng)4從實驗水槽I的頂部撤除，然后用某種主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)從實驗水槽的頂部向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像，或定時出現(xiàn)的激光點陣圖像即可。
[0022]為實現(xiàn)上述方法，對應(yīng)地，一種基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量裝置包括實驗水槽1，砂雨法海床制備系統(tǒng)、波流控制系統(tǒng)、雙目相機2、控制主機3、標(biāo)定系統(tǒng)4、主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C，實驗水槽I至少有一組相對的側(cè)壁上均有玻璃；雙目相機2和主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C分別布置在實驗水槽I的一組相對的玻璃側(cè)壁外，且雙目相機2和主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C正對，雙目相機2正對實驗水槽I的玻璃側(cè)壁的玻璃，相機鏡頭以一定的俯角對準(zhǔn)實驗水槽I中模擬海床的被測地形；雙目相機2通過數(shù)據(jù)線與控制主機3內(nèi)的圖像采集卡連接，由控制主機3自動采集圖像，并進(jìn)行分析和處理，主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C的鏡頭以一定的俯角對準(zhǔn)實驗水槽I中模擬海床的被測地形；標(biāo)定系統(tǒng)4用于標(biāo)定雙目相機2對距離其不同遠(yuǎn)近位置處的點所采集到的圖像的空間坐標(biāo)，標(biāo)定系統(tǒng)4至少包括一上面精確地繪有黑白相間正方塊圖案的平板狀標(biāo)定板46 ;砂雨法海床制備系統(tǒng)用于在實驗水槽I內(nèi)制備出模擬海床；波流控制系統(tǒng)用于在實驗水槽I內(nèi)產(chǎn)生模擬海流和波浪，進(jìn)行海床沖刷試驗；主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C用于向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像，或定時出現(xiàn)的激光點陣圖像。
[0023]可選地，當(dāng)實驗水槽I只有一側(cè)壁上有玻璃時，可只把雙目相機2布置在該玻璃側(cè)壁外，而不再按圖1?3那樣布置主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A/5B/5C，也可不采用圖1?3中5A/5B/5C那樣的王動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)，只需在標(biāo)定系統(tǒng)4完成標(biāo)定后，將標(biāo)定系統(tǒng)4從實驗水槽I的頂部撤除，然后用某種主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)從實驗水槽的頂部向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像，或定時出現(xiàn)的激光點陣圖像即可。
[0024]為精確控制標(biāo)定板46的運動，得到精確的標(biāo)定系數(shù)，優(yōu)選地，標(biāo)定系統(tǒng)4包括底座41、步進(jìn)電機42，滾珠絲杠43、滑動螺母44、連接桿45、標(biāo)定板46，底座41橫跨在實驗水槽I的靠近雙目相機2的玻璃側(cè)壁和另一相對的側(cè)壁之上，底座41的一端安裝有步進(jìn)電機42，步進(jìn)電機42與控制主機3連接,滾珠絲杠43的一端與步進(jìn)電機42傳動連接,另一端通過軸承設(shè)置在底座41的另一端上，滑動螺母44配合設(shè)置在滾珠絲杠43上，滑動螺母44上豎直安裝連接桿45，連接桿45的下端豎直安裝標(biāo)定板46。
[0025]優(yōu)選地，主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A包括投影儀51和投影主機52，投影儀51和投影主機52連接，投影儀51鏡頭以一定的俯角對準(zhǔn)實驗水槽I中模擬海床的被測地形，向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像或網(wǎng)格圖像。
[0026]優(yōu)選地，主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5B包括連續(xù)式激光器55、激光導(dǎo)臂54和激光點陣透鏡53，激光導(dǎo)臂54 —端連接連續(xù)式激光器55的發(fā)射端，另一端連接激光點陣透鏡53，激光點陣透鏡53以一定的俯角對準(zhǔn)實驗水槽I中模擬海床的被測地形，且其發(fā)射的連續(xù)激光點陣覆蓋實驗水槽I中模擬海床的被測地形。
[0027]優(yōu)選地,主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5C包括同步器57、脈沖式激光器56、激光導(dǎo)臂54和激光點陣透鏡53，同步器57分別與脈沖式激光器56、雙目相機2和控制主機3連接，由控制主機3設(shè)定同步器57參數(shù)，同步控制雙目相機2的采集頻率和脈沖式激光器56的照射頻率，激光導(dǎo)臂54 —端連接脈沖式激光器56的發(fā)射端，另一端連接激光點陣透鏡53，激光點陣透鏡53以一定的俯角對準(zhǔn)實驗水槽I中模擬海床的被測地形，且其發(fā)射的連續(xù)激光點陣覆蓋實驗水槽I中模擬海床的被測地形。
[0028]選用投影儀作為結(jié)構(gòu)光源的成本相對很低，對于精度要求不高或者水質(zhì)條件較好的情況，可以采用主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5A ;對于精度要求相對較高，或者水質(zhì)條件不好的情況，可采用主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5B或5C進(jìn)行激光照射，但激光照射的成本相對較高。當(dāng)采用主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)5C時，還需用主機控制的同步器將脈沖式激光器的激光脈沖發(fā)射頻率與雙目相機的圖像采集頻率進(jìn)行同步。
[0029]此外，用控制主機處理通過雙目相機獲取的圖片時，還需考慮光線在空氣一玻璃一水體界面處的折射問題。由于雙目相機布置在實驗水槽外，并透過實驗水槽的玻璃側(cè)壁拍攝實驗水槽內(nèi)水下的地形，因此，光線會在空氣一玻璃一水體的界面處發(fā)生多次的折射，從而引起獲取圖片的變形和失真，故在處理圖片時，需要進(jìn)行修正和補償。
[0030]本發(fā)明采用立體視覺技術(shù)，即將雙目相機布置在實驗水槽的外側(cè)，透過實驗水槽的玻璃側(cè)壁非接觸地測量模擬海床的地形變化，不會對局部流場產(chǎn)生干擾，而且可以對整個模擬海床地形進(jìn)行同步采集；本發(fā)明將主動視覺技術(shù)用于水下測量，即利用輔助的結(jié)構(gòu)光透過實驗水槽的玻璃側(cè)壁照射水下地形，在地形上形成密集的結(jié)構(gòu)化紋理或者點陣，使相機更容易分辨，同時也增加了地形特征點的數(shù)量，結(jié)合以高分辨率相機，可以獲得較高精度的地形數(shù)據(jù)。
[0031]本發(fā)明具有能夠非接觸、同步、高精度地測量模擬海床地形的優(yōu)點，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的對應(yīng)問題。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量方法，其特征在于包括以下步驟:(I)在至少有一側(cè)壁上有玻璃的實驗水槽的一玻璃側(cè)壁外側(cè)布置雙目相機，使雙目相機正對該玻璃側(cè)壁的玻璃，相機鏡頭對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形，將雙目相機通過數(shù)據(jù)線與控制主機內(nèi)的圖像采集卡連接，由控制主機自動采集圖像，并進(jìn)行分析和處理；(2)用標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定雙目相機對距離其不同遠(yuǎn)近位置處的點所采集到的圖像的空間坐標(biāo)，標(biāo)定系統(tǒng)至少包括一上面精確地繪有黑白相間正方塊圖案的平板狀標(biāo)定板，標(biāo)定時，將標(biāo)定板豎直伸入實驗水槽內(nèi)，使標(biāo)定板的中心高度與正式實驗時海床的平均高度一致，標(biāo)定板上繪有黑白相間正方塊圖案的面與雙目相機正對的玻璃側(cè)壁平行，且朝向雙目相機側(cè)，然后，使標(biāo)定板沿水平方向一步步地從實驗水槽的靠近雙目相機的玻璃側(cè)壁處移動到正對的遠(yuǎn)離雙目相機的側(cè)壁處，同時，雙目相機對起始位置起每一步位置處的標(biāo)定板進(jìn)行圖像采集，直到終點位置，以確定在不同位置處采集到的圖像的空間標(biāo)定系數(shù)；標(biāo)定完成后，將標(biāo)定板提升至實驗水槽的水面之上；(3)用砂雨法海床制備系統(tǒng)在實驗水槽內(nèi)制備出模擬海床；(4)用主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像，或定時出現(xiàn)的激光點陣圖像，并設(shè)定好雙目相機的拍攝頻率；(5)用波流控制系統(tǒng)在實驗水槽內(nèi)產(chǎn)生波流，以模擬海流和波浪，進(jìn)行正式的海床沖刷試驗；(6)由雙目相機對實驗水槽中投射有圖像的模擬海床地形進(jìn)行拍攝，控制主機對采集到的模擬海床地形圖像進(jìn)行分析和處理，基于已有的標(biāo)定系數(shù)，得到模擬海床地形的三維數(shù)據(jù)。
2.一種基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量裝置，其特征在于:包括實驗水槽，砂雨法海床制備系統(tǒng)、波流控制系統(tǒng)、雙目相機、控制主機、標(biāo)定系統(tǒng)、主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)，所述實驗水槽至少有一側(cè)壁上有玻璃；所述雙目相機布置在實驗水槽的一玻璃側(cè)壁的外側(cè)，且正對該玻璃側(cè)壁的玻璃，相機鏡頭對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形；雙目相機通過數(shù)據(jù)線與控制主機內(nèi)的圖像采集卡連接，由控制主機自動采集圖像，并進(jìn)行分析和處理；所述標(biāo)定系統(tǒng)用于標(biāo)定雙目相機對距離其不同遠(yuǎn)近位置處的點所采集到的圖像的空間坐標(biāo)，所述標(biāo)定系統(tǒng)至少包括一上`面精確地繪有黑白相間正方塊圖案的平板狀標(biāo)定板；所述砂雨法海床制備系統(tǒng)用于在實驗水槽內(nèi)制備出模擬海床；所述波流控制系統(tǒng)用于在實驗水槽內(nèi)產(chǎn)生模擬海流和波浪，進(jìn)行海床沖刷試驗；主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)用于向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像、網(wǎng)格圖像或激光點陣圖像，或定時出現(xiàn)的激光點陣圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量裝置，其特征在于:所述標(biāo)定系統(tǒng)包括底座、步進(jìn)電機，滾珠絲杠、滑動螺母、連接桿、標(biāo)定板，所述底座橫跨在實驗水槽的靠近雙目相機的玻璃側(cè)壁和另一相對的側(cè)壁之上，底座的一端安裝有步進(jìn)電機，步進(jìn)電機與所述控制主機連接，滾珠絲杠的一端與步進(jìn)電機傳動連接，另一端通過軸承設(shè)置在底座的另一端上，滑動螺母配合設(shè)置在滾珠絲杠上，滑動螺母上豎直安裝連接桿，連接桿的下端豎直安裝標(biāo)定板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量裝置，其特征在于:所述實驗水槽至少有一組相對的側(cè)壁上均有玻璃，所述雙目相機和主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)分別正對布置在一組相對的玻璃側(cè)壁的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量裝置，其特征在于:所述主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)包括投影儀和投影主機，所述投影儀和投影主機連接，投影儀鏡頭對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形，向模擬海床投射一幅能覆蓋整個被測量區(qū)域的靜止的結(jié)構(gòu)化紋理圖像或網(wǎng)格圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量裝置，其特征在于:所述主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)包括連續(xù)式激光器、激光導(dǎo)臂和激光點陣透鏡，所述激光導(dǎo)臂一端連接連續(xù)式激光器的發(fā)射端，另一端連接激光點陣透鏡，激光點陣透鏡對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形，且其發(fā)射的連續(xù)激光點陣覆蓋實驗水槽中模擬海床的被測地形 。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于主動立體視覺技術(shù)的模擬海床地形測量裝置，其特征在于:所述主動結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)包括同步器、脈沖式激光器、激光導(dǎo)臂和激光點陣透鏡，所述同步器分別與脈沖式激光器、雙目相機和控制主機連接，由控制主機設(shè)定同步器參數(shù)，同步控制雙目相機采集頻率和脈沖式激光器的照射頻率，所述激光導(dǎo)臂一端連接脈沖式激光器的發(fā)射端，另一端連接激光點陣透鏡，激光點陣透鏡對準(zhǔn)實驗水槽中模擬海床的被測地形，且其發(fā)射的連續(xù)激光點陣覆蓋實驗水槽中模擬海床的被測地形。
【文檔編號】G01C11/02GK103591939SQ201310520389
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】臧志鵬, 高福平, 姜海洋 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所