專(zhuān)利名稱(chēng)：：基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器、全方位視覺(jué)、GPS以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在河道寬度實(shí)時(shí)測(cè)量方面的應(yīng)用，屬于數(shù)字?jǐn)z像測(cè)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
：河道測(cè)量工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期而重要的基礎(chǔ)工作。目前，在河道的測(cè)量手段還相對(duì)落后，存在著測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、測(cè)量速度慢、精度低等問(wèn)題，不能滿(mǎn)足當(dāng)前河道開(kāi)發(fā)治理、防洪決策的需要。迫切需要采用新技術(shù)新方法和采用先進(jìn)的儀器設(shè)備。近年來(lái)在河道的深度實(shí)時(shí)測(cè)量已有所突破，在測(cè)量船上安置一個(gè)GPS系統(tǒng)和聲納水深探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量船的航行實(shí)時(shí)得到船舶的位置以及在該位置情況下的水深；但是僅僅獲得水深信息對(duì)河道截面測(cè)量來(lái)說(shuō)還是不夠的，河道截面測(cè)量需要河道的深度信息、位置信息以及寬度信息，通過(guò)這些信息組合加工才能完成河道的實(shí)時(shí)截面測(cè)量。GPS(全球定位系統(tǒng))是繼子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之后，美國(guó)政府推出的第二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)。運(yùn)用GPS進(jìn)行高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量已成為國(guó)內(nèi)外的一個(gè)重要研究方向。這方面的應(yīng)用主要有無(wú)地面控制的空中三角測(cè)量、航空重力測(cè)量、用活動(dòng)的地面車(chē)輛繪制重力向量圖、海上三維地震測(cè)量和高精度海洋測(cè)量。為了提高GPS測(cè)量的精度，動(dòng)態(tài)差分定位愈來(lái)愈引起人們的重視。動(dòng)態(tài)差分要比坐標(biāo)差分嚴(yán)密且效果更好。GPS差分的高精度潛能還在于載波相位的應(yīng)用，相位與偽距相結(jié)合的差分方法能夠達(dá)到O.5-lm的精度。這樣的定位精度已經(jīng)基本上滿(mǎn)足了測(cè)量船舶的定位要求。目前市場(chǎng)上的水深測(cè)量設(shè)備采用0dom公司的EchotracDF3200MKII精密雙頻聲納測(cè)深儀，GPS定位采用徠卡S530，并配置相應(yīng)的測(cè)量軟件；在測(cè)量船中部船舷架設(shè)測(cè)深儀器換能器探頭，將測(cè)量?jī)x與GPS等其它測(cè)量設(shè)備與筆記本電腦相連接，打開(kāi)水深測(cè)量軟件，設(shè)置好相應(yīng)的連接參數(shù)，就能進(jìn)行在線(xiàn)的河道水深測(cè)量。對(duì)于河道的寬度實(shí)時(shí)測(cè)量，采用數(shù)字?jǐn)z像測(cè)量技術(shù)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。其核心就是采用基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的雙目立體視覺(jué)三維測(cè)量與立體重構(gòu)技術(shù)對(duì)河道邊緣處進(jìn)行深度測(cè)量；類(lèi)似生物的兩眼，從兩眼(兩個(gè)視點(diǎn))來(lái)觀察同一河道邊緣點(diǎn)，獲取河道邊緣點(diǎn)的深度信息，依此估算出河道的寬度；計(jì)算機(jī)立體視覺(jué)測(cè)量是以獲取在不同視角下的感知圖像，通過(guò)三角測(cè)量原理計(jì)算圖像像素間的位置偏差、即視差，來(lái)獲取景物的三維信息，這一過(guò)程與人類(lèi)視覺(jué)的立體感知過(guò)程是類(lèi)似的。立體視覺(jué)測(cè)量中的關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)同一被測(cè)物體在不同角度觀測(cè)的立體匹配，所謂的立體匹配是指根據(jù)對(duì)所選特征的計(jì)算，建立特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將同一個(gè)空間物理點(diǎn)在不同圖像中的映像點(diǎn)對(duì)應(yīng)起來(lái)。立體匹配是立體視覺(jué)中最重要也是最困難的問(wèn)題。當(dāng)空間三維場(chǎng)景被投影為二維圖像時(shí)，同一景物在不同視點(diǎn)下的圖像會(huì)有很大不同，而且場(chǎng)景中的諸多因素，如光照條件，景物幾何形狀和物理特性、噪聲干擾和畸變以及攝像機(jī)特性等，都被綜合成單一的圖像中的灰度值。因此，要準(zhǔn)確地對(duì)包含了如此之多不利因素的圖像進(jìn)行無(wú)歧義的匹配，顯然是十分困難的，至今這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)有得到很好的解決。立體匹配的有效性有賴(lài)于三個(gè)問(wèn)題的解決，即選擇正確的匹配特征，尋找特征間的本質(zhì)屬性及建立能正確匹配所選擇特征的穩(wěn)定算法。立體視覺(jué)測(cè)量是模仿人類(lèi)利用雙目線(xiàn)索感知距離的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維信息的感知，在實(shí)現(xiàn)上采用三角測(cè)量的方法，運(yùn)用兩個(gè)攝像機(jī)對(duì)同一物點(diǎn)從不同位置成像，并進(jìn)而從視差中計(jì)算出距離。但是目前立體視覺(jué)的技術(shù)還無(wú)法達(dá)到全方位的實(shí)時(shí)感知，在攝像機(jī)標(biāo)定、特征提取和立體圖像匹配方面還沒(méi)有得到很好的解決。目前雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)局限性是焦距固定，由于一個(gè)固定的焦距只能在一定景深范圍內(nèi)清晰拍攝圖像，因而限制了測(cè)試區(qū)域；標(biāo)定技術(shù)還沒(méi)有很好解決，立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)在各種運(yùn)動(dòng)中變化參數(shù)是不可避免的，比如運(yùn)輸過(guò)程中的震動(dòng)、工作沖擊等的影響，而實(shí)際中又不可能總是放幾張棋盤(pán)在"眼前"進(jìn)行標(biāo)定，因而限制了許多應(yīng)用；雙目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)小型化、微型化，使得在機(jī)器人、航模等領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制；計(jì)算量大，難以進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，因而限制了實(shí)時(shí)目標(biāo)辨識(shí)等應(yīng)用；雙目視覺(jué)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配歧異性大，造成了匹配的誤差，影響了匹配精度。目前三維立體視覺(jué)測(cè)量技術(shù)中最大難題是被動(dòng)式的立體攝像測(cè)量中普遍存在的計(jì)算機(jī)資源消耗大、實(shí)時(shí)性能差、實(shí)用性不強(qiáng)、魯棒性不高。通常解決該問(wèn)題的一種有效的方法是采用結(jié)構(gòu)光主動(dòng)視覺(jué)技術(shù)，如點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線(xiàn)結(jié)構(gòu)光掃描法以及編碼結(jié)構(gòu)光法等。近年發(fā)展起來(lái)的全方位視覺(jué)傳感器全方位視覺(jué)傳感器(OmniDirectionalVisionSensors)為實(shí)時(shí)獲取場(chǎng)景的全景圖像提供了一種新的解決方案。全方位視覺(jué)傳感器的特點(diǎn)是視野廣(360度)，能把一個(gè)半球視野中的信息壓縮成一幅圖像，一幅圖像的信息量更大；獲取一個(gè)場(chǎng)景圖像時(shí)，全方位視覺(jué)傳感器在場(chǎng)景中的安放位置更加自由，可以獲得以測(cè)量船為中心的河道場(chǎng)景的實(shí)時(shí)圖像。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?2158343.9公開(kāi)了一種基于主動(dòng)視覺(jué)的物體三維模型快速獲取方法，標(biāo)定投影設(shè)備所投出的各光柵平面在參考坐標(biāo)系下的光平面方程以及參考坐標(biāo)系到照相機(jī)的投影變換矩陣；將物體放在系統(tǒng)前方，分別拍攝一幅帶有光柵的物體圖像和一幅只帶有紋理的物體圖像；將拍攝的圖像輸入計(jì)算機(jī)；通過(guò)自動(dòng)或人機(jī)交互方式從輸入圖像中提取出投影在物體上的光柵的邊緣并進(jìn)行聚類(lèi)；將提取出的每一個(gè)邊緣點(diǎn)反投影到空間中所對(duì)應(yīng)的光平面方程上，由此求出物體上所有光柵邊緣點(diǎn)在參考坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，得到物體的可見(jiàn)表面的三維模型；對(duì)所提取的物體表面上的三維點(diǎn)進(jìn)行三角分解，并將帶有紋理的物體圖像的紋理信息映射到所獲取的三維模型上；將物體旋轉(zhuǎn)一定角度，重復(fù)以上步驟，獲得物體不同側(cè)面的三維模型，并通過(guò)數(shù)據(jù)融合獲得完整的物體三維模型。這項(xiàng)技術(shù)存在著攝像區(qū)域受限，仍需使用精密標(biāo)定裝置事先標(biāo)定有關(guān)參數(shù)，而且它們只能適用于特定的場(chǎng)合，要做到在線(xiàn)實(shí)時(shí)標(biāo)定或不標(biāo)定重構(gòu)三維場(chǎng)景，難度很大，有時(shí)甚至不可能。主動(dòng)式全方位視覺(jué)需要有一種全景的彩色體結(jié)構(gòu)光技術(shù)支持才能實(shí)現(xiàn)快速立體視覺(jué)測(cè)將半導(dǎo)體激光器作為主動(dòng)式立體全方位視覺(jué)傳感器中的主動(dòng)光源是一種理想的選擇；半導(dǎo)體激光器是利用半導(dǎo)體晶體材料產(chǎn)生激光的器件，它和其他激光器一樣，具有相干性好、方向性強(qiáng)、發(fā)散角小、亮度高等特點(diǎn)，并且還有著體積小、效率高、調(diào)制方便、重量輕、可靠性高、轉(zhuǎn)換效率高、功耗低、驅(qū)動(dòng)電源簡(jiǎn)單、能直接調(diào)制、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用安全、其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。如工業(yè)探測(cè)、測(cè)試測(cè)量?jī)x器、軍事、安防、野外探測(cè)、建筑類(lèi)掃平及標(biāo)線(xiàn)類(lèi)儀器等。半導(dǎo)體激光器的一些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使之非常適合于主動(dòng)視覺(jué)上的應(yīng)用，由于可用普通電池驅(qū)動(dòng)，使主動(dòng)式立體全方位視覺(jué)傳感器中配置成為可能。目前半導(dǎo)體激光器作為主動(dòng)式視覺(jué)測(cè)量已有應(yīng)用，附圖8所示的是半導(dǎo)體激光器作為點(diǎn)光源進(jìn)行視覺(jué)測(cè)量的原理圖；附圖9所示的是半導(dǎo)體激光器作為線(xiàn)光源進(jìn)行視覺(jué)測(cè)量的原理圖；附圖IO所示的是半導(dǎo)體激光器作為面光源進(jìn)行視覺(jué)測(cè)量的原理圖；這些主動(dòng)式視覺(jué)測(cè)量方法存在著測(cè)量范圍小、沒(méi)有固定的投射中心點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線(xiàn)的立體測(cè)量以及三維立體重構(gòu)仍然存在著很大的困難，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)全景視覺(jué)測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的河道測(cè)量工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、測(cè)量速度慢、精度低等不足，本發(fā)明提供一種能夠快速完成測(cè)量、實(shí)時(shí)性好、實(shí)用性強(qiáng)、魯棒性高的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是—種基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，包括GPS傳感器、聲納傳感器、具有固定單一視點(diǎn)的全方位視覺(jué)傳感器、具有固定單一發(fā)射中心點(diǎn)的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器以及用于對(duì)河道寬度進(jìn)行三維立體攝像測(cè)量、河道地圖數(shù)據(jù)獲取、與河道深度數(shù)據(jù)融合的微處理器，所述全方位視覺(jué)傳感器的視點(diǎn)與所述全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的發(fā)射中心點(diǎn)配置在同一根軸心線(xiàn)上；所述的全方位視覺(jué)傳感器、全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器、GPS傳感器和聲納傳感器均固定在同一立桿延長(zhǎng)線(xiàn)上；所述全方位視覺(jué)傳感器包括雙曲面鏡面、上蓋、透明半圓形外罩、下固定座、攝像單元固定座、攝像單元、連接單元和上罩；所述的雙曲面鏡面固定在所述的上蓋上，所述的連接單元將所述的下固定座和透明半圓形外罩連接成一體，所述的透明半圓形外罩與所述的上蓋以及所述的上罩固定在一起，所述的攝像單元固定在所述的攝像單元固定座上，所述的攝像單元固定座固定在所述的下固定座上，所述的攝像單元的輸出與所述微處理器連接；所述的攝像單元是寬動(dòng)態(tài)CMOS成像器件；所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器包括圓形面體基板和3組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管，所述的激光二極管固定在所述的圓形面體基板上，所述的圓形面體基板為內(nèi)部圓型中空、上下圓柱形中空的圓形面體，所述的圓形面體基板的外圓形面上從零緯度開(kāi)始以相隔相同角度均勻等分排列著與激光二極管的外直徑相等的小孔，在同一緯度線(xiàn)上同時(shí)配置了三顆具有相同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管；所述的3組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值到最大俯角按順序插入到小孔內(nèi)，每個(gè)激光二極管的發(fā)射光方向與所插入相應(yīng)小孔的法線(xiàn)方向重合；所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器和所述的全方位視覺(jué)傳感器連接，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器上的圓形面體基板平面正對(duì)著測(cè)量船的航行方向，所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的發(fā)射中心0p和所述的全方位視覺(jué)傳感器的視點(diǎn)0v在同一軸心線(xiàn)上，當(dāng)供電電源給全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器供電時(shí)，所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器從測(cè)量船的兩側(cè)發(fā)出扇形面全景彩色體結(jié)構(gòu)光，所有光的發(fā)光中心點(diǎn)在全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的圓形面體的中心點(diǎn)上；所述微處理器包括LD光源控制單元，用于控制全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器發(fā)出全彩色全景結(jié)構(gòu)光，在LD光源控制單元使全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，在全方位視覺(jué)傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；實(shí)際LD光源的供電電源開(kāi)關(guān)控制采用如附圖11所示的激光二極管控制電子回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)用軟件接通電子開(kāi)關(guān)KlK8中的任何一個(gè)開(kāi)關(guān)，激光二極管就會(huì)發(fā)光；反之將電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，激光二極管就不發(fā)光；視頻圖像加工模塊，用于在獲取的全景視頻圖像上添加測(cè)量船的位置信息和該位置上的水深信息，以便后續(xù)人機(jī)交互、修正河道自動(dòng)視頻測(cè)量中的錯(cuò)檢與漏檢；河道寬度計(jì)算模塊，用于計(jì)算河道邊緣上的點(diǎn)到基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置的中心點(diǎn)的距離及入射角，分別計(jì)算河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om的距離RL1、RR1，河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船立桿中心點(diǎn)的距離BL、BR;其輸出與河道截面圖自動(dòng)生成模塊連接；河道截面圖自動(dòng)生成模塊，用于根據(jù)得到的河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om的距離RL1、RR1，河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船立桿中心點(diǎn)的距離BL、BR以及河道深度信息生成河道截面圖，河道深度信息從聲納傳感器獲得。進(jìn)一步，所述的激光二極管的投射角設(shè)計(jì)為O。16°范圍內(nèi)，所述的3組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值到最大俯角16°按順序插入到相應(yīng)的小孔內(nèi)。再進(jìn)一步，所述的雙曲面鏡面構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)由下面5個(gè)等式表示；((X2+Y2)/a2)-((Z_c)2/b2)=_1當(dāng)Z>0時(shí)(1)c=;2+62(2)P=tan—1(Y/X)(3)a=tan—1[(b2+c2)sinY_2bc]/(b2+c2)cosY(4)7=tan-'[//V(x2+/)](5)式中X、Y、Z表示空間坐標(biāo)，c表示雙曲面鏡的焦點(diǎn)，2c表示兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實(shí)軸和虛軸的長(zhǎng)度，13表示入射光線(xiàn)在XY投影平面上與X軸的夾角，即方位角，a表示入射光線(xiàn)在XZ投影平面上與X軸的夾角，這里將a稱(chēng)為入射角，a大于或等于O時(shí)稱(chēng)為俯角，將a小于0時(shí)稱(chēng)為仰角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)的距離，Y表示折反射光線(xiàn)與Z軸的夾角；x，y表示在成像平面上的一個(gè)點(diǎn)，在所述的雙曲面鏡面設(shè)計(jì)時(shí)將垂直方向的可視范圍限制在俯角80。到20°范圍內(nèi)。更進(jìn)一步，所述河道寬度計(jì)算模塊包括左側(cè)投射角ap^和右側(cè)投射角a^計(jì)算單元，用于利用彩色全景投影的投射角ap與彩色全景投影中某個(gè)激光半導(dǎo)體LD所發(fā)射出的光波長(zhǎng)之間具有一定的函數(shù)關(guān)系來(lái)計(jì)算的，當(dāng)全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于0N狀態(tài)時(shí)，成像平面上的像素的色彩分量與投射角ap存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用所述對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)得到左側(cè)投射角aK和右側(cè)投射角aPK;左側(cè)入射角a。^和右側(cè)入射角a。K計(jì)算單元，用于利用全方位視覺(jué)傳感器的入射角aQl、a。K與折反射角Y。。Y。K之間存在著公式(9)所示的函數(shù)關(guān)系，a0L=tan—i[(b2+c2)siny0L_2bc]/(b2+c2)cosy0L(9)a0K=tan—1[(b2+c2)sinY0K_2bc]/(b2+c2)cosY0K折反射角Y。。Y。K與成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)L(xl，yl)、R(x2，y2)存在著公式(10)所示的函數(shù)關(guān)系，^-tan-'L/vVoP+yl2)]'(10)&s=tan—1[//知2+;;22)]通過(guò)公式(9)和(10)可得到成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)L(xl，yl)、R(x2，y2)與左側(cè)入射角a^和右側(cè)入射角a。K之間的函數(shù)關(guān)系；從左側(cè)投射角ap。右側(cè)投射角a『左側(cè)入射角a。^和右側(cè)入射角a。K這些信息來(lái)確定河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)Lp、Rp。所述河道寬度計(jì)算模塊還包括左側(cè)距離BL和右側(cè)距離服計(jì)算單元，用于測(cè)量船的中心點(diǎn)位置，由GPS定位系統(tǒng)來(lái)確定，利用正弦和余弦定理來(lái)計(jì)算所述的左側(cè)距離BL和右側(cè)距離BR，公式(11)(12)分別計(jì)算成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0v的距離Ru、I^，然后根據(jù)RURK1以及aQl、a。K計(jì)算測(cè)量船中心點(diǎn)到河道邊緣的左側(cè)距離和到河道邊緣的右側(cè)距離BK，5",w=A!2+"2+2《xHxsinO=[-^-^f+//2+2x[-^-^]xi/xsin(a。t)(11)~sin("Pi-aOL)sin(Q^-a0i)r，〔5xsin0r72+aPfi)，2^，「5xsin(;r/2+ara)，^^^=[-^-+if+2x[-^-^]xi/xsin(aos)B(x,y)=BL(x,y)+BK(x,y)(12)式中B為基線(xiàn)距，即投影光源中心點(diǎn)0p與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0v之間的距離，H為測(cè)量船的立桿上的全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0v與立桿和水平面相交點(diǎn)之間的距離，a。^為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)入射角，a。K為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)入射角，dp^為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)投射角，a^為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)投射角，BUx,y)為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船中心點(diǎn)BO(x，y，z)之間的距離，BK(x,y)為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船中心點(diǎn)B0(x，y，z)之間的距離，B(x,y)為在船舶中心點(diǎn)位于B0(x，y，z)時(shí)的河道寬度。所述河道寬度計(jì)算模塊還包括左側(cè)距離BL和右側(cè)距離服計(jì)算單元中，用于設(shè)置一張光編碼表來(lái)實(shí)現(xiàn)某一光波長(zhǎng)A與某一投射角ap之間存在的映射關(guān)系，所述某一投射角ap是泛指，具體根據(jù)河道左右邊緣點(diǎn)有aK和a^;—張入射角計(jì)算表來(lái)實(shí)現(xiàn)某一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角ao之間存在的映射關(guān)系，這里入射角ao是泛指，具體根據(jù)河道左右邊緣點(diǎn)有a。。a。^投射角ap、入射角ao計(jì)算采用查表方式實(shí)現(xiàn)；首先在全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)按全方位視覺(jué)傳感器的成像平面的點(diǎn)坐標(biāo)順序讀取某一個(gè)像素點(diǎn)的波長(zhǎng)A值，以點(diǎn)坐標(biāo)值檢索入射角計(jì)算表得到該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角ao，接著以該點(diǎn)的光波長(zhǎng)A值檢索光編碼表得到該光波長(zhǎng)A所對(duì)應(yīng)的投射角ap;最后利用公式(11)計(jì)算得到船舶中心點(diǎn)到河道左右邊緣點(diǎn)之間的距離信息，利用公式(12)計(jì)算得到在船舶中心點(diǎn)位于B0(x，y，z)時(shí)的河道寬度；表1為投射角ap與顏色波長(zhǎng)A值的關(guān)系表；<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表l在成像平面的某個(gè)像素點(diǎn)上獲得的色彩波長(zhǎng)，根據(jù)查表，通過(guò)插值計(jì)算得到在色彩波長(zhǎng)的投射角ap;插值計(jì)算如公式(13)所示，=+~"^("-""一,)U(13)式中，An—p、分別為已知某顏色波長(zhǎng)入p的相鄰的顏色中心波長(zhǎng)，an—pcin分別為已知某顏色波長(zhǎng)Ap的相鄰的投射角。所述的寬動(dòng)態(tài)CMOS成像器件，其感光器件采用了以寬動(dòng)態(tài)CMOS感光芯片技術(shù)，芯片中的核心是采用了特殊DSP電路對(duì)明亮部分進(jìn)行最合適的快門(mén)速度曝光，再對(duì)暗的部分用最合適的快門(mén)速度曝光，最后將多個(gè)圖像進(jìn)行DSP處理重新組合。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為要完成實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的主動(dòng)式立體視覺(jué)測(cè)量必須解決以下幾個(gè)方面的問(wèn)題l)視覺(jué)測(cè)量的視點(diǎn)必須是固定的單一視點(diǎn)；2)投影光源的發(fā)射點(diǎn)必須是固定的單一發(fā)射中心點(diǎn)；3)在視覺(jué)傳感器平面上的像素點(diǎn)必須帶有空間物點(diǎn)的深度信息；4)視覺(jué)傳感器的單一視點(diǎn)和投影光源的單一發(fā)射中心點(diǎn)必須在同一個(gè)軸心線(xiàn)上；5)同時(shí)能滿(mǎn)足遠(yuǎn)、中、近距離的視覺(jué)測(cè)量；6)攝像單元、投影光源單元和被測(cè)物體都能統(tǒng)一在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)；7)視覺(jué)傳感器必須是寬動(dòng)態(tài)的，即使在陽(yáng)光下也不會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象；8)同時(shí)配合GPS和水深測(cè)量裝置，能將測(cè)量船舶的位置信息、河道的深度信息以及河道的寬度信息進(jìn)行融合，自動(dòng)生成河道的三維立體數(shù)據(jù)和截面圖。對(duì)于問(wèn)題l)，本發(fā)明中采用固定單一視點(diǎn)的全方位視覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)；對(duì)于問(wèn)題2)，本發(fā)明中采用球面體結(jié)構(gòu)全景彩色技術(shù)，固定單一發(fā)射中心點(diǎn)為球體的圓心；對(duì)于問(wèn)題3)，本發(fā)明中采用色彩顏色作為空間物點(diǎn)的深度信息；對(duì)于問(wèn)題4)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)保證全方位視覺(jué)傳感器與全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器同軸；對(duì)于問(wèn)題5)，從投影光源來(lái)說(shuō)，所投射的光能照射到遠(yuǎn)、中、近距離，即光源的聚光性要好，本發(fā)明中采用激光照射；從全方位視覺(jué)傳感器來(lái)說(shuō)，采用折反射成像技術(shù)，對(duì)遠(yuǎn)、中、近距離的物象不會(huì)存在焦距問(wèn)題；對(duì)于問(wèn)題6)，本發(fā)明中采用了統(tǒng)一的高斯球面坐標(biāo)系，將攝像單元、投影光源單元和被測(cè)物體都統(tǒng)一在高斯球面坐標(biāo)系中，從而減少在各種坐標(biāo)系中的相互轉(zhuǎn)換所浪費(fèi)計(jì)算資源和計(jì)算時(shí)間，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和魯棒性；對(duì)于問(wèn)題7)，本發(fā)明中的攝像單元采用寬動(dòng)態(tài)攝像技術(shù)，從而保證在任何光照條件下不會(huì)出現(xiàn)光飽和的現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性；對(duì)于問(wèn)題8)以GPS定位數(shù)據(jù)為線(xiàn)索，將河道的深度數(shù)據(jù)和河道的寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，達(dá)到自動(dòng)生成河道的三維立體圖。河道測(cè)量涉及河道的地理位置、河道的深度和寬度的測(cè)量；河道的地理位置信息的測(cè)量是通過(guò)GPS傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，河道的深度的測(cè)量是通過(guò)聲納傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的；本發(fā)明提出的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置是河道測(cè)量中的一個(gè)重要測(cè)量項(xiàng)目，并且與河道的地理位置測(cè)量緊密相關(guān)；河道的寬度實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)需要實(shí)時(shí)獲取動(dòng)態(tài)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，并在該坐標(biāo)上標(biāo)志出河道的寬度；GPS傳感器是用于接收全球定位系統(tǒng)(GPS)信號(hào)的傳感器，GPS指利用在大約20183公里高度繞地球軌道運(yùn)行的24顆人造衛(wèi)星來(lái)跟蹤全球位置的系統(tǒng)。即，GPS是一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其中安裝在測(cè)量船上的GPS傳感器接收從衛(wèi)星發(fā)送的無(wú)線(xiàn)電波，由于已知衛(wèi)星的精確位置，所以能夠計(jì)算出接收無(wú)線(xiàn)電波所需的時(shí)間，從而獲取測(cè)量船的位置；安置在測(cè)量船上的GPS傳感器接收GPS信號(hào)，并且使用測(cè)量船的幾何坐標(biāo)x，y，z和當(dāng)前時(shí)間信息t向微處理器中的位置檢測(cè)子系統(tǒng)發(fā)送位置信息，微處理器根據(jù)位置檢測(cè)子系統(tǒng)所獲得的測(cè)量船的位置信息、根據(jù)深度檢測(cè)子系統(tǒng)所獲得的該位置情況下的水深信息、根據(jù)寬度檢測(cè)子系統(tǒng)所獲得的該位置情況下的河道寬度信息動(dòng)態(tài)生成河道的三維立體測(cè)量圖。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1)、提供了一種全新的河道寬度立體視覺(jué)檢測(cè)方法，通過(guò)主動(dòng)的全景彩色結(jié)構(gòu)光發(fā)生、基于雙曲面鏡折反射的全方位成像技術(shù)，結(jié)合GSP定位和聲納水深測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速實(shí)時(shí)的河道截面立體攝像測(cè)量；2)、充分利用了LD光色純和光束集中的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成全景彩色結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的每個(gè)LD都具有分立的光譜，譜線(xiàn)狹窄，色彩豐富，鮮艷，LD發(fā)光大部分集中會(huì)聚于中心，發(fā)散角小，河道寬度的主動(dòng)視覺(jué)測(cè)量范圍可以從數(shù)十米到公里級(jí)；3)、采用了寬動(dòng)態(tài)攝像技術(shù)，使得基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置的環(huán)境適應(yīng)性得到極大提高；4)、同時(shí)能滿(mǎn)足遠(yuǎn)、中、近距離的視覺(jué)測(cè)量，具有自動(dòng)化測(cè)量程度高，能自動(dòng)動(dòng)態(tài)生成河道的截面測(cè)量圖；5)利用全方位視覺(jué)的功能，可以使得測(cè)量船實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛操作測(cè)量。圖1為一種全方位視覺(jué)傳感器的結(jié)構(gòu)圖；圖2為一種用于河道寬度立體視覺(jué)檢測(cè)的全景彩色結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖；圖3為基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置的原理圖；圖4為河道截面實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的示意圖；圖5為全方位視覺(jué)傳感器成像原理圖；圖6為主動(dòng)三維立體全景成像過(guò)程說(shuō)明圖；圖7為全方位視覺(jué)傳感器和全景彩色結(jié)構(gòu)光發(fā)生器在同一極線(xiàn)平面上的說(shuō)明圖；圖8為點(diǎn)激光視覺(jué)測(cè)量示意圖；圖9為線(xiàn)激光視覺(jué)測(cè)量示意圖；圖10為面激光視覺(jué)測(cè)量示意圖；圖11為激光二極管控制線(xiàn)路圖；圖12為河道截面實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的處理流程圖；圖13為寬動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景成像原理圖；圖14為河道寬度測(cè)量的模型圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1參照?qǐng)D17、圖1314，一種基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，包括具有固定單一視點(diǎn)的全方位視覺(jué)傳感器、具有固定單一發(fā)射中心點(diǎn)的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器以及用于對(duì)河道寬度進(jìn)行三維立體攝像測(cè)量、河道地圖數(shù)據(jù)獲取、與河道深度數(shù)據(jù)融合的微處理器，所述全方位視覺(jué)傳感器的視點(diǎn)與所述全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的發(fā)射中心點(diǎn)配置在同一根軸心線(xiàn)上；所述的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置、所述的GPS傳感器和所述的聲納傳感器配置均固定在同一立桿延長(zhǎng)線(xiàn)上，如附圖4所示，所述的立桿固定在測(cè)量船舶的中心位置并與水平面垂直；所述全方位視覺(jué)傳感器包括雙曲面鏡面2、上蓋1、透明半圓形外罩3、下固定座4、攝像單元固定座5、攝像單元6、連接單元7、上罩8，如附圖1所示；所述的雙曲面鏡面2固定在所述的上蓋1上，所述的連接單元7將所述的下固定座4和透明半圓形外罩3連接成一體，所述的透明半圓形外罩3與所述的上蓋1以及所述的上罩8通過(guò)螺釘固定在一起，所述的攝像單元6用螺釘固定在所述的攝像單元固定座5上，所述的攝像單元固定座5用螺釘固定在所述的下固定座4上，所述全方位視覺(jué)傳感器中的所述的攝像單元6的輸出與所述微處理器連接；所述的攝像單元6是寬動(dòng)態(tài)CMOS成像器件；在寬動(dòng)態(tài)CMOS成像器件中每個(gè)像素和一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換相配套，因此強(qiáng)光像素降低了曝光量，低光像素相反增加曝光量。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于要獲取全景視頻圖像的全方位視覺(jué)傳感器來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義；這是因?yàn)橐粋€(gè)CCD傳感器可以調(diào)節(jié)亮景和暗景，但是不能同時(shí)對(duì)兩個(gè)亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在原先的全方位視覺(jué)傳感器中由于采用的是CCD傳感器，當(dāng)我們將原先的全方位視覺(jué)傳感器安裝在室內(nèi)時(shí)，得到的曝光效果是不錯(cuò)的，可以比較清晰地獲得室內(nèi)的全景視頻圖像；而當(dāng)我們將全方位視覺(jué)傳感器移動(dòng)到室內(nèi)外的交界區(qū)域，全方位視覺(jué)傳感器就不能很好的工作，室外的場(chǎng)景出現(xiàn)了過(guò)度曝光，不能捕捉到室外面的任何東西。在河道上使用中也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題，比如太陽(yáng)光的照射是在不斷變化的，在陽(yáng)光斜射到全方位視覺(jué)傳感器上時(shí)全方位視覺(jué)傳感器就不能很好的工作，被陽(yáng)光照射的一側(cè)出現(xiàn)了過(guò)度曝光，成像時(shí)表現(xiàn)為白茫茫的一片；同時(shí)陽(yáng)光斜射到水面上的鏡面反射也會(huì)出現(xiàn)過(guò)度曝光現(xiàn)象。人類(lèi)的眼睛在不同的光照條件下具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，適用連續(xù)變化的光線(xiàn)，能看到最理想圖像。當(dāng)眼睛看到一幅包含亮光和暗光的場(chǎng)景時(shí)，能夠減少對(duì)強(qiáng)光區(qū)域的敏感度，增加對(duì)黑暗物體和陰影部分的細(xì)節(jié)的敏感度。寬動(dòng)態(tài)全方位視覺(jué)傳感器采用一種新的CMOS傳感器技術(shù)，保證了盡管前景是強(qiáng)光的條件下，陰影部分物體仍然清晰可見(jiàn)；強(qiáng)光區(qū)域的物體也不會(huì)消失，同時(shí)也能很好的抽取出激光照射的色彩信息，其原理圖如附圖13所示；所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器包括圓形面體基板9_1、3組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管LD9-2，如附圖2所示；所述的激光二極管LD9-2固定在所述的圓形面體基板9-l上，所述的圓形面體基板為內(nèi)部圓型中空、上下圓柱形中空的圓形面體，所述的圓形面體基板的外圓形面上從零緯度開(kāi)始以相隔一定角度均勻等分排列著與激光二極管LD9-2的外直徑相等的小孔，由于本發(fā)明中要獲得河道邊緣的信息，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的安裝高度高于水平面，為了能保證全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器所發(fā)出的激光基本上都在河道邊緣附近以提高投射角的分辨率，在設(shè)計(jì)中將所有激光二極管的投射角設(shè)計(jì)為0°16°范圍內(nèi)，在同一緯度線(xiàn)上同時(shí)配置了三顆具有相同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管；所述的3組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管LD9-2依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值(0°)到最大俯角(16°)按順序插入到相應(yīng)的小孔內(nèi)，每個(gè)激光二極管的發(fā)射光方向與所插入相應(yīng)小孔的法線(xiàn)方向重合；所述的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，通過(guò)連接桿10(也稱(chēng)為立桿)將所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器和所述的全方位視覺(jué)傳感器連接起來(lái)，如附圖3所示，連接桿10的上部的法蘭通過(guò)螺釘固定全方位視覺(jué)傳感器，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器套在連接桿10中并用螺釘進(jìn)行固定，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器上的圓形面體基板平面正對(duì)著測(cè)量船的航行方向，這種連接方式保證了所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的發(fā)射中心Op和所述的全方位視覺(jué)傳感器的視點(diǎn)Ov在同一軸心線(xiàn)上，全方位視覺(jué)傳感器的電源線(xiàn)、視頻數(shù)據(jù)線(xiàn)以及全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的電源線(xiàn)均從連接桿10的中孔內(nèi)穿出，連接到供電電源以及微處理器的相應(yīng)接口上；當(dāng)供電電源給全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器供電時(shí)，所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器將從測(cè)量船的兩側(cè)發(fā)出扇形面全景彩色體結(jié)構(gòu)光，所有光的發(fā)光中心點(diǎn)在全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的圓形面體的中心點(diǎn)上；目前已開(kāi)發(fā)出并投放市場(chǎng)的半導(dǎo)體激光器的波段有370nm、390nm、405nm、430nm、473nm、532nm、593nm、635nm、650nm、670nm、780nm、808nm、850nm、980nm、1310nm、1550nm等，其中1310nm、1550nm主要用于光纖通訊領(lǐng)域。390nm-370nm為紫外光波段，405nm-670nm為可見(jiàn)光波段，780nm-1550nm為紅外光波段。本發(fā)明中將采用可見(jiàn)光波段的半導(dǎo)體激光器，其中心波長(zhǎng)在405nm、430nm、473nm、532nm、593nm、635nm、650nm、670nm，每個(gè)半導(dǎo)體激光器LD9-2的光線(xiàn)發(fā)射方向與圓形面體9-l的法線(xiàn)方向重合，這樣產(chǎn)生的所有彩色光均是從圓形面體9-l的中心向外發(fā)射，所形成的彩色結(jié)構(gòu)光與所述全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器上某個(gè)半導(dǎo)體激光器LD所處的緯度值ap之間具有一定的函數(shù)關(guān)系，因此只要得到某一個(gè)光的波長(zhǎng)就可以估算出全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的緯度值ap，即發(fā)光體的俯角；由于全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器9的軸心和全方位視覺(jué)傳感器的軸心相重疊，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器9的主動(dòng)投影的經(jīng)度必定是與全方位視覺(jué)傳感器的方位角相一致的，從計(jì)算機(jī)視覺(jué)的角度來(lái)說(shuō)，必定處在同一極平面上，如附圖9所示；主動(dòng)立體視覺(jué)的范圍由附圖4給出，在附圖4中的斜線(xiàn)部分就是立體全景視覺(jué)的范圍；根據(jù)上述的設(shè)計(jì)，當(dāng)全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器處于供電狀態(tài)時(shí)，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器在緯度方向上形成了扇型狀的呈按照角度函數(shù)關(guān)系變化的峰值波長(zhǎng)的投射光，投射光從測(cè)量船的兩側(cè)發(fā)出并朝向河道邊緣部位；如附圖8所示，當(dāng)空間上的一個(gè)點(diǎn)A(X，Y，Z)，即河道的邊緣點(diǎn)接受到一定波長(zhǎng)的光，按照附圖3的配置方式，投射到河道邊緣點(diǎn)A(X，Y，Z)的光是藍(lán)色光，波長(zhǎng)為473nm，該光點(diǎn)A(X，Y，Z)繼續(xù)向全方位視覺(jué)傳感器的雙曲面鏡2反射，光線(xiàn)朝向全方位視覺(jué)傳感器的雙曲面鏡2的實(shí)焦點(diǎn)，根據(jù)雙曲面的鏡面特性向著全方位視覺(jué)傳感器的虛焦點(diǎn)14折反射，圖5所示；反映實(shí)物圖像的各具有一定波長(zhǎng)的光點(diǎn)經(jīng)全方位視覺(jué)傳感器的雙曲面鏡2反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個(gè)點(diǎn)P(x，y)對(duì)應(yīng)著實(shí)物在空間上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)A(X，Y，Z)，成像光路圖如圖6中的粗實(shí)線(xiàn)所示；通過(guò)上述的設(shè)計(jì)，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器和全方位視覺(jué)傳感器分別具有一個(gè)固定的發(fā)射中心點(diǎn)和一個(gè)固定的視點(diǎn)，并且這兩個(gè)點(diǎn)處在同一對(duì)稱(chēng)中心軸的這兩個(gè)特點(diǎn)；所謂的發(fā)射中心點(diǎn)對(duì)于全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器來(lái)說(shuō)是指全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的發(fā)射中心點(diǎn)，即圓形面體9-l的圓心，如附圖6中的0p;對(duì)于全方位視覺(jué)傳感器來(lái)講是指全方位視覺(jué)傳感器的折反射鏡面的實(shí)焦點(diǎn)，如附圖6中的0v;通過(guò)全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器和全方位視覺(jué)傳感器的共同作用確定了河道邊緣點(diǎn)A(X，Y，Z)在成像平面上點(diǎn)P(x，y)的投射角ap和入射角ao，即在成像平面上點(diǎn)P(x，y)上可以確定點(diǎn)A(X，Y，Z)的深度信息，即可以估算出河道邊緣點(diǎn)到測(cè)量船的距離，如附圖6(a)所示；關(guān)于方位角，由于全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器9的軸心和全方位視覺(jué)傳感器的軸心相重疊，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器9的主動(dòng)投影的經(jīng)度必定是與全方位視覺(jué)傳感器的方位角相一致，因此將全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器9的主動(dòng)投影的經(jīng)度值作為全方位視覺(jué)傳感器的方位角數(shù)據(jù)；進(jìn)一步，介紹全方位視覺(jué)傳感器的工作原理進(jìn)入雙曲面鏡的中心的光，根據(jù)雙曲面的鏡面特性向著其虛焦點(diǎn)折射。實(shí)物圖像經(jīng)雙曲面鏡反射到聚光透鏡中成像，在該成像平面上的一個(gè)點(diǎn)P(x，y)對(duì)應(yīng)著實(shí)物在空間上的一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)A(X，Y，Z);圖5中的2—雙曲線(xiàn)面鏡，12-入射光線(xiàn)，13-雙曲面鏡的實(shí)焦點(diǎn)0m(0，0，c)，14_雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)，即攝像單元6的中心0c(O，O，-c)，15-反射光線(xiàn)，16-成像平面，17-實(shí)物圖像的空間坐標(biāo)A(X，Y，Z)，18-入射到雙曲面鏡面上的圖像的空間坐標(biāo)，19-反射在成像平面上的點(diǎn)P(x，y);圖5中所示的雙曲面鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)可以由下面5個(gè)等式表示；((X2+Y2)/a2)—((Z_c)2/b2)=_1當(dāng)Z>0時(shí)(1)c=V"2+62(2)P=tan—1(Y/X)(3)a=tan—Kt^+CsinY-ZbcW+CcosY(4);K二tan-)[/7V(Jc2+力](5)式中X、Y、Z表示空間坐標(biāo)，c表示雙曲面鏡的焦點(diǎn)，2c表示兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實(shí)軸和虛軸的長(zhǎng)度，13表示入射光線(xiàn)在XY投影平面上與X軸的夾角，即方位角，a表示入射光線(xiàn)在XZ投影平面上與X軸的夾角，這里將a稱(chēng)為入射角，a大于或等于O時(shí)稱(chēng)為俯角，將a小于0時(shí)稱(chēng)為仰角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)的距離，Y表示折反射光線(xiàn)與Z軸的夾角；x，y表示在成像平面上的一個(gè)點(diǎn)；根據(jù)附圖4所示河道寬度主動(dòng)立體視覺(jué)測(cè)量方案中，關(guān)于河道場(chǎng)景的所有視頻信息都處于全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0v之下；為了使得全方位視覺(jué)傳感器在關(guān)注的河道邊緣區(qū)域內(nèi)具有較高的成像分辨率，在所述的雙曲面鏡面2設(shè)計(jì)時(shí)需要盡可能將垂直方向的可視范圍限制在俯角80。到20°范圍內(nèi)，如附圖5所示；本發(fā)明中通過(guò)加大雙曲面鏡的實(shí)軸a和虛軸b的比來(lái)提高河道場(chǎng)景內(nèi)成像分辨率；具有某一特定波長(zhǎng)的點(diǎn)將在全方位視覺(jué)傳感器的成像平面上有一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即P(x，y)，根據(jù)雙曲面鏡的折反射成像原理可通過(guò)公式(6)計(jì)算出該點(diǎn)的折反射光線(xiàn)與Z軸的夾角Yo;有了折反射角Yo，就可以通過(guò)公式(7)計(jì)算得到具有某一特定波長(zhǎng)的點(diǎn)的入射角ao，^tanl//^"/)](6)a。=tan—1[(b2+c2)sinY。_2bc]/(b2+c2)cosY。(7)由于某一波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)的投射角ap與入射角ao均在同一極平面上，如附圖7所示，有了這兩個(gè)數(shù)據(jù)就能方便地得到空間點(diǎn)與觀察點(diǎn)的位置深度和角度信息，即在全方位視覺(jué)傳感器成像平面上的某一個(gè)像素點(diǎn)的位置代表入射角ao的信息，該像素點(diǎn)的色彩代表投射角ap的信息；所述的微處理器中包括河道寬度測(cè)量子系統(tǒng)、測(cè)量船舶位置檢測(cè)子系統(tǒng)和河道深度檢測(cè)子系統(tǒng)；所述的河道寬度測(cè)量子系統(tǒng)中包括LD光源控制單元、視頻圖像讀取模塊、視頻圖像加工模塊、河道寬度計(jì)算模塊、河道截面圖自動(dòng)生成模塊和存儲(chǔ)設(shè)備；如附圖12所示；所述的LD光源控制單元，用于控制全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器發(fā)出全彩色全景結(jié)構(gòu)光，在LD光源控制單元使全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，在全方位視覺(jué)傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；實(shí)際LD光源的供電電源開(kāi)關(guān)控制采用如附圖11所示的激光二極管控制電子回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)用軟件接通電子開(kāi)關(guān)K1K8中的任何一個(gè)開(kāi)關(guān)，激光二極管就會(huì)發(fā)光；反之將電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，激光二極管就不發(fā)光；圖11中BA5104是發(fā)射器芯片，K1K8是控制輸入端，內(nèi)接上拉電阻。當(dāng)接通其中任一控制輸入端時(shí)，0SC1和0SC2腳所內(nèi)接的時(shí)鐘電路及外接455kHz晶體、電容Cl、C2組成的振蕩電路起振，經(jīng)內(nèi)部電路分頻產(chǎn)生38kHz載頻，經(jīng)達(dá)林頓管D1581放大后驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光管LD送出調(diào)制載波脈沖激光信號(hào)。電位器W用以調(diào)節(jié)激光管的工作電流，以使其處于額定工作電流之內(nèi)。LED端是發(fā)射狀態(tài)顯示輸出端，有高電平輸出時(shí)，LED發(fā)亮。圖ll中的LD半導(dǎo)體激光二極管，是光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器的關(guān)鍵元件。激光二極管與普通LED的原理相同，但能產(chǎn)生幾倍的光能，并能達(dá)到更遠(yuǎn)的檢測(cè)距離，檢測(cè)距離可長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米至數(shù)公里，半導(dǎo)體激光光源是一種相干性強(qiáng)的光源，因而方向性很強(qiáng)，用光學(xué)系統(tǒng)準(zhǔn)直后，可很容易的把發(fā)散角限制在O.2mrad以?xún)?nèi)。激光照射的光斑大小可按下式近似計(jì)算d=LX9(14)式中，d為光斑直徑(mm);L為檢測(cè)距離(m);e為發(fā)散角(mrad)。若一束激光投射到500m遠(yuǎn)處，可近似得光斑直徑為lOOmm，可見(jiàn)光斑并不大，在此范圍內(nèi)仍有較大的能量分布。因此，有時(shí)需要從檢測(cè)距離來(lái)確定激光二極管的發(fā)散角，一般測(cè)量距離遠(yuǎn)需要采用小的發(fā)散角激光二極管，對(duì)于測(cè)量距離近則可以采用大的發(fā)散角激光二極管。進(jìn)一步，采用激光激光對(duì)人體，特別是人眼有嚴(yán)重傷害，使用時(shí)需特別小心。國(guó)際上對(duì)激光有統(tǒng)一的分類(lèi)和統(tǒng)一的安全警示標(biāo)志，根據(jù)激光對(duì)人體的危險(xiǎn)度分類(lèi)，在光樹(shù)內(nèi)觀察對(duì)眼睛的MPE(maximalpossibleeffect最大可能的影響)做基準(zhǔn)，激光器分為四類(lèi)(ClasslClass4)，一類(lèi)激光器對(duì)人是安全的，二類(lèi)激光器對(duì)人有較輕的傷害，三類(lèi)以上的激光器對(duì)人有嚴(yán)重傷害，使用時(shí)需特別注意，避免對(duì)人眼直射。本發(fā)明中為了測(cè)量較遠(yuǎn)的距離采用二類(lèi)激光器，即ClassII級(jí)低輸出的可視激光(功率0.4mW-lmW)，人閉合眼睛的反應(yīng)時(shí)間為0.25秒，用這段時(shí)間算出的曝光量不可以超過(guò)MPE值。通常lmW以下的激光，正常暴露在這種激光器的光束下不會(huì)對(duì)眼睛的視網(wǎng)膜造成永久性的傷害，但是會(huì)導(dǎo)致暈眩，本發(fā)明中采用間斷式的照射，每次照射時(shí)間都為一秒以下，因此該裝置對(duì)人眼來(lái)說(shuō)是安全的。所述的視頻圖像讀取模塊，用于讀取全方位視覺(jué)傳感器的視頻圖像，并保存在所述的存儲(chǔ)設(shè)備中，其輸出與所述的空間信息計(jì)算模塊連接；在全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)所讀取的全景視頻圖像中的各像素色彩帶有某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；如附圖6所示；比如在附圖8(a)中某物點(diǎn)的像素P(i，j)中讀取的顏色為藍(lán)色，該顏色表示全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的投射角ap為南緯6。，根據(jù)雙曲面鏡的成像原理通過(guò)公式(6)、(7)計(jì)算成像平面上的P(i，j)的入射角ao，通過(guò)投射角ap、入射角ao以及全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的中心點(diǎn)和全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om之間的距離得到空間物點(diǎn)(河道邊緣點(diǎn))的深度信息；所述的視頻圖像加工模塊，用于在獲取的全景視頻圖像上添加測(cè)量船的位置信息和該位置上的水深信息，以便后續(xù)人機(jī)交互、修正河道自動(dòng)視頻測(cè)量中的錯(cuò)檢與漏檢；所述的河道寬度計(jì)算模塊，用于計(jì)算河道邊緣上的點(diǎn)到基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置的中心點(diǎn)的距離及入射角，分別計(jì)算河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0m的距離Ru、I^，河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船立桿中心點(diǎn)的距離B。BK;其輸出與河道截面圖自動(dòng)生成模塊連接；所述的河道寬度計(jì)算模塊包括測(cè)量船兩側(cè)河道邊緣點(diǎn)的左側(cè)投射角ciK和右側(cè)投射角a^計(jì)算單元、左側(cè)入射角a。^和右側(cè)入射角a。K計(jì)算單元、左側(cè)距離B^和右側(cè)距離BK計(jì)算單元；所述的左側(cè)投射角ciK和右側(cè)投射角a^計(jì)算單元，用于利用彩色全景投影的投射角ap與彩色全景投影中某個(gè)激光半導(dǎo)體LD所發(fā)射出的光波長(zhǎng)之間具有一定的函數(shù)關(guān)系來(lái)計(jì)算的，當(dāng)全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，成像平面上的像素的色彩分量與投射角ap存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用該關(guān)系來(lái)得到左側(cè)投射角aK和右側(cè)投射角aPR所述的左側(cè)入射角a。,和右側(cè)入射角a。K計(jì)算單元，用于利用全方位視覺(jué)傳感器的入射角a。。a。K與折反射角Y。。Y。K之間存在著公式(9)所示的函數(shù)關(guān)系，a0L=tan—1[(b2+c2)sinY0L_2bc]/(b2+c2)cosY0La0K=tan—1[(b2+c2)sinY。K_2bc]/(b2+c2)cosY0K(9)折反射角Y。。Y。K與成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)L(xl，yl)、R(x2，y2)存在著公式(10)所示的函數(shù)關(guān)系，^-tan-'[y7如2+W2)](10)y訓(xùn)=tan—1[//V(x22+少22)]通過(guò)公式(9)和(10)可得到成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)L(xl，yl)、R(x2，y2)與左側(cè)入射角a。^和右側(cè)入射角a。K之間的函數(shù)關(guān)系；當(dāng)?shù)玫搅俗髠?cè)投射角ap。右側(cè)投射角a吣左側(cè)入射角a。^和右側(cè)入射角a。K這些信息后，實(shí)際河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)Lp、Rp也就確定了，如附圖14所示；所述的左側(cè)距離B^和右側(cè)距離BK計(jì)算單元，測(cè)量船的中心點(diǎn)位置由GPS定位系統(tǒng)來(lái)確定，如附圖14中的B0點(diǎn)；這里需要考慮測(cè)量船搖擺的影響，不能用直角三角型的計(jì)算公式，本發(fā)明中利用正弦和余弦定理來(lái)計(jì)算所述的左側(cè)距離B^和右側(cè)距離BK，公式(11)(12)分別計(jì)算成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0V的距離Ru、R^，然后根據(jù)RuRK1以及a。。a。K計(jì)算測(cè)量船中心點(diǎn)到河道邊緣的左側(cè)距離B^和到河道邊緣的右側(cè)距離BK，I"=..v02+2x^x7/xSin("。J=|[丑xsi*/2+&々+^+2x[^^^〗xhxsin(ajU1)Vsm(q^-a0i)sinK-"?！?=vV+"2+2x^x/Zxsin("。》=si*/2付—2+^+2x[萬(wàn)x蜂/2+"ra)xffxsin(a。JVsin(a尸w-o^)sin(ara-a0K)(12)B(x,y)=BL(x,y)+BK(x,y)式中B為基線(xiàn)距，即投影光源中心點(diǎn)Op與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0v之間的距離，H為測(cè)量船的立桿上的全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0v與立桿和水平面相交點(diǎn)之間的距離，a^為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)入射角，a。K為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)入射角，dp^為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)投射角，a^為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)投射角，BUx,y)為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船中心點(diǎn)BO(x，y，z)之間的距離，BK(x,y)為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船中心點(diǎn)B0(x，y，z)之間的距離，B(x,y)為在船舶中心點(diǎn)位于BO(x，y，z)時(shí)的河道寬度。再進(jìn)一步，在所述的左側(cè)距離B^和右側(cè)距離BK計(jì)算單元中，設(shè)置一張光編碼表來(lái)實(shí)現(xiàn)某一光波長(zhǎng)A與某一投射角ap之間存在的映射關(guān)系，這里某一投射角ap是泛指，具體根據(jù)河道左右邊緣點(diǎn)有aK和a^;—張入射角計(jì)算表來(lái)實(shí)現(xiàn)某一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角ao之間存在的映射關(guān)系，這里入射角ao是泛指，具體根據(jù)河道左右邊緣點(diǎn)有a。。a。H投射角ap、入射角ao計(jì)算采用查表方式實(shí)現(xiàn)；首先在全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)按全方位視覺(jué)傳感器的成像平面的點(diǎn)坐標(biāo)順序讀取某一個(gè)像素點(diǎn)的波長(zhǎng)A值，以點(diǎn)坐標(biāo)值檢索入射角計(jì)算表得到該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角ao，接著以該點(diǎn)的光波長(zhǎng)A值檢索光編碼表得到該光波長(zhǎng)A所對(duì)應(yīng)的投射角ap;最后利用公式(11)計(jì)算得到船舶中心點(diǎn)到河道左右邊緣點(diǎn)之間的距離信息，利用公式(12)計(jì)算得到在船舶中心點(diǎn)位于BO(x，y，z)時(shí)的河道寬度；再進(jìn)一步，我們可以設(shè)計(jì)一張投射角ap與顏色波長(zhǎng)A值的關(guān)系表，如表1所示；表1投射角ap與相應(yīng)顏色波長(zhǎng)A值對(duì)應(yīng)表<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>如果在成像平面的某個(gè)像素點(diǎn)上獲得的色彩波長(zhǎng)為540nm，根據(jù)查表，可以得到該顏色波長(zhǎng)在綠色532nm和淺綠黃色593nm之間，可以通過(guò)插值計(jì)算得到在色彩波長(zhǎng)為540nm時(shí)的投射角ap為南緯6.26°;插值計(jì)算如公式(13)所示，=a—!+"^~^(H,)4—i-義"(13)式中，An—p、分別為已知某顏色波長(zhǎng)Ap的相鄰的顏色中心波長(zhǎng)，an—pcin分別為已知某顏色波長(zhǎng)A。的相鄰的投射角。權(quán)利要求一種基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，其特征在于所述基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置包括GPS傳感器、聲納傳感器、具有固定單一視點(diǎn)的全方位視覺(jué)傳感器、具有固定單一發(fā)射中心點(diǎn)的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器以及用于對(duì)河道寬度進(jìn)行三維立體攝像測(cè)量、河道地圖數(shù)據(jù)獲取、與河道深度數(shù)據(jù)融合的微處理器，所述全方位視覺(jué)傳感器的視點(diǎn)與所述全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的發(fā)射中心點(diǎn)配置在同一根軸心線(xiàn)上；所述的全方位視覺(jué)傳感器、全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器、GPS傳感器和聲納傳感器均固定在同一立桿延長(zhǎng)線(xiàn)上；所述全方位視覺(jué)傳感器包括雙曲面鏡面、上蓋、透明半圓形外罩、下固定座、攝像單元固定座、攝像單元、連接單元和上罩；所述的雙曲面鏡面固定在所述的上蓋上，所述的連接單元將所述的下固定座和透明半圓形外罩連接成一體，所述的透明半圓形外罩與所述的上蓋以及所述的上罩固定在一起，所述的攝像單元固定在所述的攝像單元固定座上，所述的攝像單元固定座固定在所述的下固定座上，所述的攝像單元的輸出與所述微處理器連接；所述的攝像單元是寬動(dòng)態(tài)CMOS成像器件；所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器包括圓形面體基板和3組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管，所述的激光二極管固定在所述的圓形面體基板上，所述的圓形面體基板為內(nèi)部圓型中空、上下圓柱形中空的圓形面體，所述的圓形面體基板的外圓形面上從零緯度開(kāi)始以相隔相同角度均勻等分排列著與激光二極管的外直徑相等的小孔，在同一緯度線(xiàn)上同時(shí)配置了三顆具有相同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管；所述的3組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值到最大俯角按順序插入到小孔內(nèi)，每個(gè)激光二極管的發(fā)射光方向與所插入相應(yīng)小孔的法線(xiàn)方向重合；所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器和所述的全方位視覺(jué)傳感器連接，全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器上的圓形面體基板平面正對(duì)著測(cè)量船的航行方向，所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的發(fā)射中心Op和所述的全方位視覺(jué)傳感器的視點(diǎn)Ov在同一軸心線(xiàn)上，當(dāng)供電電源給全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器供電時(shí)，所述的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器從測(cè)量船的兩側(cè)發(fā)出扇形面全景彩色體結(jié)構(gòu)光，所有光的發(fā)光中心點(diǎn)在全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的圓形面體的中心點(diǎn)上；所述微處理器包括LD光源控制單元，用于控制全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器發(fā)出全彩色全景結(jié)構(gòu)光，在LD光源控制單元使全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，在全方位視覺(jué)傳感器的成像單元中直接獲得空間某物點(diǎn)的深度和方位角度信息；實(shí)際LD光源的供電電源開(kāi)關(guān)控制采用如附圖11所示的激光二極管控制電子回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)用軟件接通電子開(kāi)關(guān)K1～K8中的任何一個(gè)開(kāi)關(guān)，激光二極管就會(huì)發(fā)光；反之將電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，激光二極管就不發(fā)光；視頻圖像加工模塊，用于在獲取的全景視頻圖像上添加測(cè)量船的位置信息和該位置上的水深信息，以便后續(xù)人機(jī)交互、修正河道自動(dòng)視頻測(cè)量中的錯(cuò)檢與漏檢；河道寬度計(jì)算模塊，用于計(jì)算河道邊緣上的點(diǎn)到基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置的中心點(diǎn)的距離及入射角，分別計(jì)算河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om的距離RL1、RR1，河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船立桿中心點(diǎn)的距離BL、BR；其輸出與河道截面圖自動(dòng)生成模塊連接；河道截面圖自動(dòng)生成模塊，用于根據(jù)得到的河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Om的距離RL1、RR1，河道兩側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船立桿中心點(diǎn)的距離BL、BR以及河道深度信息生成河道截面圖，河道深度信息從聲納傳感器獲得。2.如權(quán)利要求1所述的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，其特征在于所述的激光二極管的投射角設(shè)計(jì)為O。16°范圍內(nèi)，所述的3組具有不同發(fā)光中心波長(zhǎng)的激光二極管依次從在所述的圓形面體基板上的零緯度值到最大俯角16°按順序插入到相應(yīng)的小孔內(nèi)。3.如權(quán)利要求1或2所述的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，其特征在于所述的雙曲面鏡面構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)由下面5個(gè)等式表示；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中X、Y、Z表示空間坐標(biāo)，c表示雙曲面鏡的焦點(diǎn)，2c表示兩個(gè)焦點(diǎn)之間的距離，a，b分別是雙曲面鏡的實(shí)軸和虛軸的長(zhǎng)度，P表示入射光線(xiàn)在XY投影平面上與X軸的夾角，即方位角，a表示入射光線(xiàn)在XZ投影平面上與X軸的夾角，這里將a稱(chēng)為入射角，a大于或等于O時(shí)稱(chēng)為俯角，將a小于O時(shí)稱(chēng)為仰角，f表示成像平面到雙曲面鏡的虛焦點(diǎn)的距離，Y表示折反射光線(xiàn)與Z軸的夾角；x，y表示在成像平面上的一個(gè)點(diǎn)，在所述的雙曲面鏡面設(shè)計(jì)時(shí)將垂直方向的可視范圍限制在俯角80。到20°范圍內(nèi)。4.如權(quán)利要求1或2所述的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，其特征在于所述河道寬度計(jì)算模塊包括左側(cè)投射角aK和右側(cè)投射角a^計(jì)算單元，用于利用彩色全景投影的投射角ap與彩色全景投影中某個(gè)激光半導(dǎo)體LD所發(fā)射出的光波長(zhǎng)之間具有一定的函數(shù)關(guān)系來(lái)計(jì)算的，當(dāng)全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)，成像平面上的像素的色彩分量與投射角ap存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用所述對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)得到左側(cè)投射角aK和右側(cè)投射角aPR;左側(cè)入射角a。^和右側(cè)入射角a。K計(jì)算單元，用于利用全方位視覺(jué)傳感器的入射角a。。a。K與折反射角Y。。Y。K之間存在著公式(9)所示的函數(shù)關(guān)系，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>折反射角Y。。Y。K與成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)L(xl，yl)、R(x2，y2)存在著公式(10)所示的函數(shù)關(guān)系，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>通過(guò)公式(9)和(10)可得到成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)L(xl，yl)、R(x2，y2)與左側(cè)入射角a。^和右側(cè)入射角a。K之間的函數(shù)關(guān)系；從左側(cè)投射角a吣右側(cè)投射角aPK、左側(cè)入射角a。^和右側(cè)入射角a。K這些信息來(lái)確定河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)Lp、Rp。5.如權(quán)利要求4所述的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，其特征在于所述河道寬度計(jì)算模塊還包括左側(cè)距離BL和右側(cè)距離BR計(jì)算單元，用于測(cè)量船的中心點(diǎn)位置，由GPS定位系統(tǒng)來(lái)確定，利用正弦和余弦定理來(lái)計(jì)算所述的左側(cè)距離BL和右側(cè)距離BR，公式(11)(12)分別計(jì)算成像平面上的河道左右側(cè)邊緣點(diǎn)與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)0v的距離Ru、I^，然后根據(jù)RuRK1以及a。。a。K計(jì)算測(cè)量船中心點(diǎn)到河道邊緣的左側(cè)距離B^和到河道邊緣的右側(cè)距離BK，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中B為基線(xiàn)距，即投影光源中心點(diǎn)Op與全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Ov之間的距離，H為測(cè)量船的立桿上的全方位視覺(jué)傳感器的實(shí)焦點(diǎn)Ov與立桿和水平面相交點(diǎn)之間的距離，a。^為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)入射角，a。K為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)入射角，aK為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)投射角，aPK為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)投射角，BUx,y)為河道左側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船中心點(diǎn)B0(x，y，z)之間的距離，BK(x,y)為河道右側(cè)邊緣點(diǎn)與測(cè)量船中心點(diǎn)B0(x，y，z)之間的距離，B(x,y)為在船舶中心點(diǎn)位于BO(x，y，z)時(shí)的河道寬度。6.如權(quán)利要求5所述的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，其特征在于所述河道寬度計(jì)算模塊還包括左側(cè)距離BL和右側(cè)距離BR計(jì)算單元中，用于設(shè)置一張光編碼表來(lái)實(shí)現(xiàn)某一光波長(zhǎng)入與某一投射角ap之間存在的映射關(guān)系，所述某一投射角ap是泛指，具體根據(jù)河道左右邊緣點(diǎn)有aK和a^;—張入射角計(jì)算表來(lái)實(shí)現(xiàn)某一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角ao之間存在的映射關(guān)系，這里入射角ao是泛指，具體根據(jù)河道左右邊緣點(diǎn)有a。。a。K;投射角ap、入射角ao計(jì)算采用查表方式實(shí)現(xiàn)；首先在全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的供電電源處于ON狀態(tài)時(shí)按全方位視覺(jué)傳感器的成像平面的點(diǎn)坐標(biāo)順序讀取某一個(gè)像素點(diǎn)的波長(zhǎng)入值，以點(diǎn)坐標(biāo)值檢索入射角計(jì)算表得到該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的入射角ao，接著以該點(diǎn)的光波長(zhǎng)入值檢索光編碼表得到該光波長(zhǎng)A所對(duì)應(yīng)的投射角ap;最后利用公式(11)計(jì)算得到船舶中心點(diǎn)到河道左右邊緣點(diǎn)之間的距離信息，利用公式(12)計(jì)算得到在船舶中心點(diǎn)位于B0(x，y，z)時(shí)的河道寬度;表1為投射角ap與顏色波長(zhǎng)A值的關(guān)系表；<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表l在成像平面的某個(gè)像素點(diǎn)上獲得的色彩波長(zhǎng)，根據(jù)查表，通過(guò)插值計(jì)算得到在色彩波長(zhǎng)的投射角ap;插值計(jì)算如公式(13)所示，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中，An—p、分別為已知某顏色波長(zhǎng)Ap的相鄰的顏色中心波長(zhǎng)，an—pCIn分別為已知某顏色波長(zhǎng)Ap的相鄰的投射角。7.如權(quán)利要求1所述的基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，其特征在于所述的寬動(dòng)態(tài)CMOS成像器件的感光器件采用了以寬動(dòng)態(tài)CMOS感光芯片技術(shù)，所述芯片技術(shù)中，對(duì)明亮部分進(jìn)行最合適的快門(mén)速度曝光，再對(duì)暗的部分用最合適的快門(mén)速度曝光，最后將多個(gè)圖像進(jìn)行DSP處理重新組合。全文摘要一種基于主動(dòng)立體全景視覺(jué)的河道寬度測(cè)量裝置，包括GPS傳感器、聲納傳感器、具有固定單一視點(diǎn)的全方位視覺(jué)傳感器、具有固定單一發(fā)射中心點(diǎn)的全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器以及用于對(duì)河道寬度進(jìn)行三維立體攝像測(cè)量、河道地圖數(shù)據(jù)獲取、與河道深度數(shù)據(jù)融合的微處理器，所述全方位視覺(jué)傳感器的視點(diǎn)與所述全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器的發(fā)射中心點(diǎn)配置在同一根軸心線(xiàn)上；所述的全方位視覺(jué)傳感器、全景彩色體結(jié)構(gòu)光發(fā)生器、GPS傳感器和聲納傳感器均固定在同一立桿延長(zhǎng)線(xiàn)上。本發(fā)明提供一種能夠快速完成測(cè)量、實(shí)時(shí)性好、實(shí)用性強(qiáng)、魯棒性高。文檔編號(hào)G01C13/00GK101776452SQ200910102320公開(kāi)日2010年7月14日申請(qǐng)日期2009年8月28日優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日發(fā)明者嚴(yán)獻(xiàn)頡,俞立,周超,湯一平,湯曉燕申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)