基于激光三维成像技术的长江深水打捞视频方法.pdf

-然黜 激光三维成像技术 江深水打捞视频方法 宋佳森陈佳元 摘要：提出了一种在长江内河深水打捞中实现激光视频的技术方法，理论上可以实现水下三维图像实 时传输，并将目前普通光源照明距离提高到10m量级，结合声纳技术实现长江三峡库区较大水 深三维可视探测和高效、精确打捞。 关键词：深水三维激光视频打捞 长江干流流经七省二市，主要支流沟通长江南北地区． 当探测目标(沉船、沉物)与环境背景紧密接触时，日标 2010年，长江干线货物货运量达到了1502亿吨，是1978与背景区分困难。 年的36倍，是美国密西西比河的2倍、欧洲莱茵河的3 2、普通光源平面摄像 倍．成为目前世界上内河运输最繁忙、运量最大的通航河 普通光源平面摄像由白炽或疝气大功率照明光源和水 流。长江干线2688公里．随着长江航运的蓬勃发展．长江下摄像机组成。优点是技术要求低，成本较低；缺点是普 干线船舶航行密度和货运量快速增加．同时航道水文复杂 通照明光源的光束在水下传播时产生很强的后向散射，使 多变．碰撞、搁浅等安全事故多发、频发，碍航沉船不断 目标对比度降低，增大照明功率对提升成像距离的作用不 增多。据统计．“十一五”期间长江干线年均沉船28艘， 大。国内的普通光源照明水下成像系统的能见度在10em到 其中，位于主航道上碍航阻航沉船有13艘。而这些沉船导 2m之问。 致航道航宽缩减、航道环境恶化，存在巨大安全隐患，亟 3、激光水下成像 待打捞清除。 优点：距离较远、精度高．口r三维成像；缺点是国内 由于长江干线水深变化大、流速较大等因素．特别是 仍处于研究阶段。国内外对激光水下三维视频的研究日益 三峡水库区域面积大、水深超过100m，目前技术手段对沉增多，如水下目标探测识别、水下激光三维成像技术．由 船位置和状态进行有效探测存在较大困难．难以对其进行 于激光束在照亮目标的同时．也产生大量的后向散射、多 打捞操作。2009年8月lO日“航兜518”事故中．库区62次散射背景光，同时目标反射的激光也有很强的前向散射， 只沉没集装箱仍有57只没有打捞出水．其中因探测手段缺 这些都导致了水下激光图像质量的恶化．要得到高质量的 乏而不能确定的疑似目标达42个。因此水下探测．特别是 水下激光图像．一般采用距离选通方或时间选通方法．通 深水环境下的精确探测成为r长江深水打捞重要瓶颈。 过延迟ICCD探测器的曝光时问，避开照明激光后向散射和 多次散射，得到一定距离上爿标反射回来的光形成的图像， 卜国内外深水打捞成像技术研究现状 另外一种方法是利用目标反射回来的光与背景的散射光的 水下成像在海底军事目标探测、海上石油开采、水下 偏振态不同，调整探测器前的偏振片来提高目标图像的对 生态环境监测、港111和湖泊地形及目标探测等领域有很广 比度 采用这些方法可以大大提高水下成像的距离，达到 泛的应用．受到各国研究者的日益重视。目前，水下成像 八倍左右衰减距离的能见度，对于水下i维重建一般采用 技术方法主要有三种：声纳成像、普通光源平面摄像和激 激光三角法测量．其原理是，用一束激光以某一角度照射 光水下成像一 在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光 1、水下声纳成像 斑进行成像．物体表面激光照射点的位置高度不同，所接 优点是探测距离远、技术成熟；缺点是成像不清晰， 受散射或反射光线的角度电不同，用CCD光电探测器测出 对目标的细节把握不够，目标识别比较困难。日前美国的 光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度．从『fii计算出