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申请/专利权人：国家海洋局南海调查技术中心(国家海洋局南海浮标中心);西安电子科技大学;重庆米弘科技有限公司

摘要：本发明属于水下光学测量领域，一种基于功率可调激光投影的水中目标测距装置及测距方法，解决了无法准确测量水下目标物距离的问题，该装置包括4个激光器、4个激光器驱动模块、相机、图像增强模块、光斑识别模块、测距模块和显示控制模块。通过图像增强模块对相机的原始光斑图像进行增强优化，在光斑识别模块使用增强后图像对神经网络模型进行训练，得到每幅增强后图像中4个光斑的中心像素点坐标；在测距模块计算4个光斑的中心像素点围成的四边形周长，并建立周长与距离的映射关系。测距方法利用测距装置，通过待测目标的原始图像预测待测目标与相机之间的距离。该方法操作简单、而且预测准确性高。

主权项：1.一种基于功率可调激光投影的水中目标测距方法，其特征在于：采用一种基于功率可调激光投影的水中目标距离测量装置，该水中目标距离测量装置包括4个激光器、4个激光驱动模块、相机、图像增强模块、光斑识别模块、测距模块和显示控制模块；所述4个激光器用于发射可见光波段的准直激光束，激光束之间相互平行，当4束激光照射到水中目标时，会一一对应地形成4个光斑，4个光斑构成一个光斑图案；所述4个激光驱动模块分别用于控制所述4个激光器产生设定功率的准直激光束，通过改变激光驱动模块的输出电流实现激光器产生的设定功率；所述相机用于对光斑图案进行拍摄得到原始光斑图像，其中原始光斑图像中包含有4个激光器产生的4个光斑以及4束激光由于水体后向散射而分别形成的4个光柱，相机光轴与4个激光器的指向平行；所述图像增强模块用于对原始光斑图像进行增强优化得到增强后图像；所述光斑识别模块使用增强后图像对神经网络模型进行训练，然后再将增强后图像输入训练后的神经网络模型中得到每幅增强后图像中4个光斑的中心像素点坐标；所述测距模块用于计算每幅增强后图像中4个光斑的中心像素点围成的四边形周长，并建立周长与距离的映射关系，该距离是指增强后图像对应的目标与相机之间距离；所述显示控制模块，用来显示相机获得的原始光斑图像、增强后图像、测量得到的相机与目标间的距离，显示控制模块还可以对原始光斑图像中的局部区域进行取样、发送指令控制激光驱动模块的输出电流；水中目标测距方法包括如下步骤：S1：显示控制模块向激光驱动模块发送控制指令，4个激光驱动模块分别控制4个激光器向水中目标发出准直激光形成4个光斑，在水中目标处于相机前方第j个距离Hj时，利用相机采集若干幅原始光斑图像，每幅原始光斑图像与Hj一一对应，从若干幅原始光斑图像中选择最佳亮度的原始光斑图像构成训练集；从若干幅原始光斑图像中选择最佳亮度的原始光斑图像构成训练集的方法为：S1-1：显示控制模块对原始光斑图像的4个光斑分别取样，得到4个不同的图像，记第i个图像为Qi，i＝1,2,3,4，其中Qi中只包括一个光斑；S1-2：计算Qi中所有像素点的RGB通道数值，并找出Qi中所有像素点RGB通道数值中的最大值Hmax；Hmax＝maxR,G,B3；S1-3：将Qi中像素点的RGB通道数值满足Hmax＝255的像素点定义为饱和像素点，统计饱和像素点的个数N；S1-4：预先设置最大饱和像素点个数NMax和最小饱和像素点个数Nmin，其中NminNMax；当NminNNMax时，Qi中的光斑为最佳亮度；当N≥NMax时，降低Qi中对应的激光驱动模块的输出电流，直到NNMax；当N≤Nmin时，增加Qi中对应的激光驱动模块的输出电流，直到NNmin；S1-5：当原始光斑图像中对应的4个图像中的光斑均为最佳亮度时，则该原始光斑图像为最佳亮度的原始光斑图像；S2：利用图像增强模块对S1所述训练集中每幅原始光斑图像进行增强优化得到对应增强后图像，所有增强后图像构成图像增强训练集，记录增强后图像对应的Hj；S3：在光斑识别模块，使用S2所得图像增强训练集对YOLOv5_obb神经网络进行训练，训练好的YOLOv5_obb神经网络定义为自动检测模型；S4：将图像增强训练集中的所有增强后图像输入自动检测模型得到增强后图像中4个光斑的中心像素点坐标Ai，Bi，i＝1,2,3,4，利用以下公式计算第j个增强后图像中4个光斑围成的四边形周长Lj； S5：在测距模块利用最小二乘法根据公式2建立L和H的映射关系：H＝a×Lb+c2；其中L表示增强后图像中4个光斑围成的四边形周长，H表示增强后图像对应的水中目标与相机间的距离，a、b、c分别是拟合参数；S6：通过显示控制模块向激光驱动模块发送控制指令，4个激光驱动模块分别控制4个激光器向水中待测目标发出准直激光形成4个光斑，利用相机采集待测目标原始光斑图像；利用S2所述的方法，通过图像增强模块对待测目标原始光斑图像进行增强优化得到待测目标增强后图像；将待测目标增强后图像输入自动检测模型，得到待测目标增强后图像中4个光斑中心像素点坐标AiM，BiM，i＝1,2,3,4，并利用光斑中心像素点坐标AiM，BiM，带入公式1得到4个光斑围成的四边形周长LM；在测距模块，将LM带入公式2，得到待测目标到相机的距离HM。

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