基于线形激光水下地形扫描系统研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文基于线形激光水下地形扫描系统研究硕士研究生：宫垠指导教师：郭书祥教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：王科俊教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：0UDC：编号：0工学硕士学位论文基于线形激光水下地形扫描系统研究硕士研究生：宫垠指导教师：郭书祥教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：王科俊教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：0UDC：编号：0工学硕士学位论文基于线形激光水下地形扫描系统研究硕士研究生：宫垠

2、指导教师：郭书祥教授学位级别：工程硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonUnderwaterTerrainScanningSystemBasedontheLinearLaserCandidate:YinGongSupervisor:Prof.ShuxiangGuoAcademicDegr

3、eeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:January，2018DateofOralExamination:March，2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要海洋开发和利用有着巨大的应用前景，使用有效手段进行水下探测，是进行海洋开发的前提，当前，水下地形探测多以声呐为主，然而现有的声呐探测精度很低，无法实现近距离高精度扫描。在水中

4、采用激光扫描方式却能够很好地解决这些问题。本文给出了一种基于线形激光的扫描探测系统，该系统不仅能够实现水下地形扫描与水下目标定位的功能，而且能够在保证精度要求的基础上得到扫描后的三维重建结果。本文在激光条纹中心处理方面，给出了一种结合多阈值算法和基于极值法的高斯拟合法的条纹中心线提取算法。多阈值算法通过采用不同的阈值可以有效地滤除背景噪声，基于极值法的高斯拟合法则对部分激光条纹采用高斯函数进行拟合，最后得到的实验结果既具有阈值法的快速性，又保留高斯拟合法的准确性。本文的主要研究工作如下：首先，针对线形激光水下扫

5、描系统研究的目的，给出了本论文中所设计的扫描系统总体结构组成框架。线形激光水下扫描实验研究根据不同的扫描系统硬件平台可分为前后两个阶段。对应这两种硬件平台，完成了激光扫描系统在不同的软件系统下的设计过程。其次，激光条纹中心线提取、是水下线形激光图像处理研究过程中不可或缺的一部分。本文给出的是一种结合多阈值算法和基于极值法的高斯拟合法的条纹中心线提取算法。实验验证了该方法能够弥补传统激光条纹中心线提取算法在精度和快速性上的不足。然后，激光扫描系统参数的标定是激光扫描系统测量精度的保证。本文提出了采用共线点快速标定

6、法，对比其他复杂的系统结构参数标定方法，实验的最后结果验证了将该标定方法应用在水下环境中系统标定的可行性。最后，在线形激光水下地形扫描实验中，针对不同的水下地形情况，分别采用步进电机滑台和水下自主机器人AUV这两个不同的硬件平台进行展开，实现了水下地形的三维点云重建。在水下目标定位实验中，针对尺寸大小已知的水下目标模型，将激光扫描测量结果与原始尺寸进行对比，分析该系统的扫描精度。根据实验结果，本文所设计的基于线形激光扫描系统能够很好的实现水下地形扫描和目标定位功能。关键词：线形激光；水下地形扫描；激光条纹中心线

7、提取；水下三维重建；水下目标定位ABSTRACTThedevelopmentandutilizationoftheoceanpossesshugeapplicationprospect.Therefore,theeffectivemeansforunderwaterexplorationistheprerequisiteformarinedevelopment.Atpresent,theexplorationofunderwatertopographyisdominatedbysonar.However,the

8、currentsonardetectionaccuracyisverylow,whichcannotachievehigh-precisionscanningatcloserange.Thewayofapplyinglaserscanninginwatercansolvetheseproblemswell.Thispaperpresentsscanningdetectionsystem