本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺和水下工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水下結(jié)構(gòu)物的計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別測(cè)量。

背景技術(shù)：

重力式碼頭是我國(guó)分布較廣，使用較多的一種碼頭結(jié)構(gòu)形式，主要形式有方塊結(jié)構(gòu)與沉箱結(jié)構(gòu)。其中，方塊結(jié)構(gòu)式碼頭一般采用預(yù)制的大型混泥土方塊作為基本構(gòu)件，塊體在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。方塊的安裝精度和效率直接影響整個(gè)方塊碼頭建設(shè)的質(zhì)量和進(jìn)度。

目前，在重力式方塊碼頭建設(shè)中，有幾種傳統(tǒng)的方塊安裝測(cè)量定位方法：水下基準(zhǔn)線法、前沿參照物控制法、水上基準(zhǔn)線法、延伸線定位法和測(cè)量架(桿)定位法。前四種方法均為物理接觸法，需配合的人員及船機(jī)較多，投入較大，效率低下，且水面吊裝指揮員只能通過水下對(duì)講機(jī)與潛水員語音溝通來獲取水下方塊的位置信息，施工質(zhì)量無法得到有效監(jiān)督。在此需求上，進(jìn)一步發(fā)展出第五種方法——測(cè)量架定位法，即在方塊的角點(diǎn)上各設(shè)置一個(gè)高出水面的沿伸架(桿)，架頂端安裝信號(hào)發(fā)射器，水面接收器通過接收不同桿頭發(fā)出的位置信號(hào)來確定水下方塊的平面位置，但該方法有很強(qiáng)局限性——僅適用于深度5米以下的淺水區(qū)作業(yè)，對(duì)于水深較深的基底方塊的安裝，則仍需采用前述定位方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于目前水下方塊安裝情況，在傳統(tǒng)方塊安裝定位方法的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于計(jì)算機(jī)視覺的水下激光基準(zhǔn)線測(cè)量系統(tǒng)，用激光光線替代傳統(tǒng)方法中的物理實(shí)體準(zhǔn)線，并且通過水下攝像頭所采集的實(shí)時(shí)畫面，利用計(jì)算機(jī)視覺軟件識(shí)別畫面中的圖像特征，計(jì)算出方塊的實(shí)際位置，為水面吊裝指揮員提供精確的修正數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)方塊調(diào)位。

本發(fā)明由水面控制主機(jī)、搭載計(jì)算機(jī)視覺軟件的工程計(jì)算機(jī)、水下攝像機(jī)、水下補(bǔ)光燈、水下雙聯(lián)激光器(作比例尺用)、綠色基準(zhǔn)線激光器、激光靶尺、測(cè)量臺(tái)架和水密電纜等部分組成。

優(yōu)選地，所述水下攝像機(jī)采用廣角鏡頭，外殼采用鈦合金材料，具有較強(qiáng)的抗海水腐蝕能力，并且所述水下攝像機(jī)可承受最大水深300米的水壓；

優(yōu)選地，所述水下補(bǔ)光燈外殼采用鈦合金材料，防止海水腐蝕，光照強(qiáng)度及光照角度可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)水下不同的補(bǔ)光需求；

優(yōu)選地，所述激光靶尺采用特制不銹鋼材料，其表面經(jīng)化學(xué)處理為黑色，減弱激光反射效果，防止眩光出現(xiàn)，干擾計(jì)算機(jī)視覺軟件的圖像特征提取與識(shí)別；

優(yōu)選地，所述水下雙聯(lián)激光器采用紅色激光激發(fā)器，投射紅色激光柱到激光靶尺上，光斑中心距固定，為計(jì)算機(jī)視覺軟件算法處理提供比例尺。其外殼采用鈦合金材料，具備較強(qiáng)的抗海水腐蝕能力，并且耐壓設(shè)計(jì)使其可承受最大水深1500米的水壓。

優(yōu)選地，所述綠色基準(zhǔn)線激光器采用大功率綠色激光激發(fā)器，保證遠(yuǎn)距離的衰減后，激光在靶尺上的投射光斑仍能為計(jì)算機(jī)視覺軟件所識(shí)別。其外殼采用鈦合金材料，具備較強(qiáng)的抗海水腐蝕能力，并且耐壓設(shè)計(jì)使其可承受最大水深1500米的水壓。

優(yōu)選地，所述水面控制主機(jī)可同時(shí)控制兩套水下激光器及水下攝像機(jī)的啟閉，控制水下補(bǔ)光燈的亮度強(qiáng)弱，同時(shí)，將水下攝像頭采集的圖像信號(hào)數(shù)據(jù)打包處理后傳輸給搭載計(jì)算機(jī)視覺軟件的工程計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步處理。

優(yōu)選地，所述搭載計(jì)算機(jī)視覺軟件的工程計(jì)算機(jī)，接收從水面控制主機(jī)發(fā)來的視頻信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)視覺軟件進(jìn)行圖像預(yù)處理、特征提取等算法處理后，給出方塊當(dāng)前實(shí)時(shí)位置參數(shù)，并且將畫面輸出至顯示屏，供水面調(diào)控人員參考。

優(yōu)選地，所述測(cè)量臺(tái)架采用不銹鋼材料，其作用在于集成安裝水下攝像機(jī)、水下雙聯(lián)激光器、水下補(bǔ)光燈、激光靶尺等附件，并且根據(jù)測(cè)量位置的實(shí)際情況，快速調(diào)整水下補(bǔ)光燈的角度及水下攝像機(jī)的視野大小，更好地獲取被測(cè)方塊特征。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得以下有益效果：

本發(fā)明采用的激光準(zhǔn)線簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)實(shí)體基準(zhǔn)線布置時(shí)的繁瑣程序，同時(shí)克服了傳統(tǒng)實(shí)體基準(zhǔn)線由于長(zhǎng)度過大而產(chǎn)生的繞度，以及水流影響下左右擺動(dòng)的問題。另外，本系統(tǒng)通過水密電纜將水下畫面實(shí)時(shí)傳輸至水面控制主機(jī)，不僅可利用精確的計(jì)算機(jī)視覺軟件識(shí)別并計(jì)算得出待測(cè)物體的位置參數(shù)，而且水面指揮員能夠通過實(shí)時(shí)畫面方便高效地監(jiān)督水下施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水下吊裝過程的可視化、數(shù)據(jù)化 操作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中水下方塊安裝測(cè)量時(shí)，測(cè)量臺(tái)架部分及激光基準(zhǔn)線發(fā)射器布置示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的計(jì)算機(jī)視覺水下激光準(zhǔn)線測(cè)量系統(tǒng)連接示意圖。

圖3是計(jì)算機(jī)視覺軟件中的畫面特征參數(shù)測(cè)量示意圖。

圖4是基于計(jì)算機(jī)視覺的水下激光準(zhǔn)線測(cè)量系統(tǒng)原理圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

101-待測(cè)方塊 102-水密電纜 103-綠色基準(zhǔn)線激光器104-基準(zhǔn)線激光器固定底座 105-水下補(bǔ)光燈 106-便攜式手持支架 107-紅色激光光柱 108-黑色激光靶尺 109-水下雙聯(lián)激光器(比例尺用)110-水下攝像機(jī) 111-綠色激光基準(zhǔn)線另外，102、105、106、108、109、110為便攜式手持測(cè)量組件；102、103、104為基準(zhǔn)線組件。

具體實(shí)施方式

為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是水下方塊安裝測(cè)量時(shí)，測(cè)量組件部分及激光基準(zhǔn)線發(fā)射器的布置示意圖。該種基于計(jì)算機(jī)視覺的水下激光基準(zhǔn)線測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量部分包括便攜式手持測(cè)量組件(102、105、106、108、109、110)、預(yù)設(shè)激光基準(zhǔn)線組件(102、103、104)。

手持測(cè)量組件包括水下攝像機(jī)、水下補(bǔ)光燈、水下雙聯(lián)激光器和激光靶尺。由于本測(cè)量系統(tǒng)主要用于整個(gè)吊裝過程中的精調(diào)測(cè)量階段，故以下實(shí)施例均假定吊裝粗調(diào)過程已完成，進(jìn)入精調(diào)階段。在此階段，水下操作人員沿著激光基準(zhǔn)線將手持測(cè)量組件布置在待測(cè)方塊(101)的測(cè)量面，并使綠色激光基準(zhǔn)線(111)投射到黑色激光靶尺(108)上，水下攝像機(jī)(110)獲取此位置實(shí)時(shí)畫面并通過水密電纜(102)傳輸至水面控制主機(jī)，視頻數(shù)據(jù)打包處理后通過以太網(wǎng)發(fā)送給搭載計(jì)算機(jī)視覺軟件的工程計(jì)算機(jī)，由一系列軟件算法處理后輸出方塊目標(biāo)測(cè)量 點(diǎn)的相對(duì)位置參數(shù)。

便攜式手持測(cè)量組件沿著激光基準(zhǔn)線的光路移動(dòng)，可測(cè)量方塊不同位置的相對(duì)位置參數(shù)。且因?yàn)榉綁K吊裝過程中，方塊側(cè)面始終保持豎直狀態(tài)，所以根據(jù)不同測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)位置參數(shù)即可推測(cè)出整個(gè)方塊的絕對(duì)位置。

圖2是該種基于計(jì)算機(jī)視覺的水下激光基準(zhǔn)線測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)連接圖。水下攝像頭(110)、水下補(bǔ)光燈(105)及水下雙聯(lián)激光器(109)集成安裝于便攜式手持支架上面，通過水密電纜(102)連接至水面控制主機(jī)；同樣的，預(yù)先固定在基準(zhǔn)線激光器固定底座(104)上的綠色基準(zhǔn)線激光器(103)也通過水密電纜連接至水面控制主機(jī)。

水面控制主機(jī)可通過水密電纜控制所有與其連接的水下設(shè)備，包括激光發(fā)射器、攝像頭的啟閉，以及水下補(bǔ)光燈的亮度強(qiáng)弱。

圖3是計(jì)算機(jī)視覺軟件中的畫面特征參數(shù)測(cè)量示意圖，通過放置測(cè)量臺(tái)架，水下攝像機(jī)獲取如圖所示圖像區(qū)域，最終由計(jì)算機(jī)視覺軟件計(jì)算出方塊與預(yù)設(shè)激光基準(zhǔn)線之間的距離參數(shù)。

圖4是該種基于計(jì)算機(jī)視覺的水下激光準(zhǔn)線測(cè)量系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)首先接收水下攝像機(jī)采集的基準(zhǔn)線特征圖像，然后對(duì)采集得圖像進(jìn)行濾波、增強(qiáng)、超分辨率等預(yù)處理后，通過特定算法提取激光比例尺投影點(diǎn)、激光基準(zhǔn)線投影點(diǎn)，以及方塊待測(cè)面，最終計(jì)算出方塊到基準(zhǔn)線的距離。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。