一种水下目标多模态信息感知系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115079199A(43)申请公布日2022.09.20(21)申请号202211002283.4(22)申请日2022.08.22(71)申请人山东省科学院海洋仪器仪表研究所地址266200山东省青岛市即墨区鳌山卫街道青岛蓝色硅谷核心区蓝色硅谷创业中心一期2号楼(72)发明人于洋王章军李辉王秀芬陈超薛博洋李先欣庄全风潘新李雅倩(74)专利代理机构青岛华慧泽专利代理事务所(普通合伙)37247专利代理师刘娜(51)Int.Cl.G01S17/86(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种水下目标多模态信息感知系统及方法(57)摘要本发明涉及水下目标信息距离测量领域，公开了一种水下目标多模态信息感知系统及方法，该系统包括激光雷达子系统、视觉成像子系统，以及信号采集处理与控制模块；激光雷达子系统通过发射脉冲激光获取水下目标的距离信息；视觉成像子系统通过发射脉冲LED光获取水下目标的视觉图像信息；信号采集处理与控制模块对两个子系统进行控制，并进行信号采集与处理。本发明所公开的系统及方法将激光雷达和视觉成像相结合，可以同时获取水下目标的高精度三维点云信息和高清视觉图像信息，并通过设计两个子系统的工作时序，避免了两个光源之间的干扰，同时视觉成像子系统仅对目标信号进行响应，可以有效抑制后向散射噪声，提高视觉图像的清晰度。CN115079199ACN115079199A权利要求书1/2页1.一种水下目标多模态信息感知系统，其特征在于，包括激光雷达子系统、视觉成像子系统，以及信号采集处理与控制模块；所述激光雷达子系统通过发射脉冲激光对水下目标进行探测，获取水下目标的距离信息；所述视觉成像子系统通过发射脉冲LED光对水下目标进行成像，获取水下目标的视觉图像信息；所述信号采集处理与控制模块对激光雷达子系统和视觉成像子系统进行控制，使得激光雷达子系统和视觉成像子系统周期性交替间隔发射脉冲激光和脉冲LED光，并控制视觉成像子系统仅在水下目标散射的脉冲LED光到达视觉成像子系统时进行成像响应，并进行信号采集与处理。2.根据权利要求1所述的一种水下目标多模态信息感知系统，其特征在于，所述激光雷达子系统包括脉冲激光器、比例分束器、激光扩束器、接收望远镜、单光子探测器、光电探测器和光子计数器，所述激光扩束器和接收望远镜安装于二维转台上；所述脉冲激光器用于在信号采集处理与控制模块的控制下发出脉冲激光；所述比例分束器用于将脉冲激光器发出的脉冲激光进行分束，分别传输给光电探测器和激光扩束器；所述光电探测器用于将接收到的脉冲激光信号响应为电脉冲信号一，并传输给光子计数器；所述激光扩束器用于将脉冲激光准直扩束后照射至水下目标；所述接收望远镜用于将水下目标散射的脉冲激光进行会聚、收集，并传输给单光子探测器；所述单光子探测器用于对水下目标散射的脉冲激光信号响应为电脉冲信号二，并传输给光子计数器；所述光子计数器用于记录光电探测器传输的电脉冲信号一作为计时开始信号，记录单光子探测器传输的电脉冲信号二作为计时停止信号，并将计时开始信号和计时停止信号传输至信号采集处理与控制模块；所述二维转台用于调整激光扩束器和接收望远镜的方位和俯仰角度，获取水下目标的三维点云信息。3.根据权利要求2所述的一种水下目标多模态信息感知系统，其特征在于，所述视觉成像子系统包括脉冲LED、发射镜头、延时发生器、距离选通相机；所述脉冲LED用于在信号采集处理与控制模块的控制下发射脉冲LED光；所述发射镜头用于将脉冲LED发射的脉冲LED光整形后对水下目标进行补光照明；所述延时发生器用于在信号采集处理与控制模块的控制下控制距离选通相机的开启和关闭；所述距离选通相机用于对水下目标散射的脉冲LED光进行响应，获取水下目标的视觉图像信息。4.根据权利要求2所述的一种水下目标多模态信息感知系统，其特征在于，所述脉冲激光器为532nm窄脉冲激光器。5.一种水下目标多模态信息感知方法，采用如权利要求3所述的一种水下目标多模态信息感知系统，其特征在于，包括如下过程：步骤一，激光雷达子系统工作，脉冲激光器发射脉冲激光，比例分束器将脉冲激光按比例分为比例不等的两部分，其中能量较低的一部分直接输出至光电探测器，能量较高的一2CN115079199A权利要求书2/2页部分经过激光扩束器对水下目标进行照射；光电探测器响应到能量较低的一部分脉冲激光，产生电脉冲信号一并传输给光子计数器，光子计数器对该电脉冲信号一产生的时刻进行记录，作为脉冲激光的发射时刻t0，并上传至信号采集处理与控制模块；接收望远镜接收水下目标散射的回波信号，传输给单光子探测器，单光子探测器响应到脉冲激光，产生电脉冲信号二并传输给光子计数器，光子计数器对该电脉冲信号二产生的