水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法及调整方法与流程

本公开涉及水下激光测距，尤其涉及一种水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法及调整方法。

背景技术：

1、随着水下机器人在泳池清洁、船体检测、管道巡检等场景的广泛应用，水下激光测距模组包括tof、三角法、结构光等类型的测距精度与指向稳定性成为影响设备定位、避障及多模组协同性能的核心因素。

2、由于激光在空气-水界面存在折射弯曲误差导致激光出射俯仰角偏差，目前行业中主要采用定距标识区间法以及外部摄像头和标准参考法，其中，定距标识区间法为沿激光传播方向在水下按间隔设置刻度或标记带，由人工或视觉识别判断激光落点所处的标识区间，进而粗略确定俯仰角偏差的大致范围；外部摄像头和标准参考法为通过在模组外部架设成像设备，以预先设定的标准高度或标准距离作为参考基准，采集激光出射落点并反算俯仰角偏差；两类方案均围绕落点位置、偏差估计的基本逻辑展开，且已在空气环境或具备良好观测条件的水下场景中得到一定应用。

3、然而，定距标识区间法仅能给出离散的偏差区间判定，分辨率较低，无法实现俯仰角偏差的连续量化，也难以清晰区分上偏与下偏的连续幅度现有检测方案在水下实际应用场景中仍存在明显不足：外部摄像头和标准参考法依赖高精度的外部参考几何与稳定的夹持定位，不仅标定成本高、易引入外部基准误差，还会因模组或外壳的夹具摆放精度直接影响最终计算结果，难以实现与模组自身状态解耦的自参考检测。整体来看，现有方案难以同时满足自参考、连续量化、方向可辨的检测需求，在水下浑浊、安装空间受限等复杂场景下的适用性尤为不足，导致水下激光测距结果不精准。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供了一种水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法及调整方法，能够解决现有水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法无法实现水下的精准测距等问题。

2、第一方面，本公开实施例提供了一种水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，包括：

3、将待检测的水下激光测距模组中的激光出射窗口浸入水中，且水下激光测距模组中的激光发射装置位于空气介质中，以此来构建空气-水界面折射检测环境；

4、在所述空气-水界面折射检测环境中，控制所述激光发射装置发射激光，使激光穿过激光出射窗口射入水中，获取激光在水中的折射成像图像；

5、对所述激光折射成像图像进行形态分析，获取激光发射装置相对于激光出射窗口的出射俯仰角偏差信息。

6、第二方面，本公开实施例还提供了一种水下激光测距模组的出射俯仰角偏差调整方法，包括：

7、将待检测的水下激光测距模组的激光出射窗口浸入水中，且水下激光测距模组中的激光发射装置位于空气介质中，以此来构建空气-水界面折射检测环境；

8、在所述空气-水界面折射检测环境中，控制所述激光发射装置发射激光，使激光穿过激光出射窗口射入水中，获取激光在水中的折射成像图像；

9、对所述激光折射成像图像进行形态分析，获取激光发射装置相对于激光出射窗口的出射俯仰角偏差信息；

10、从所述出射俯仰角偏差信息中提取激光线弯曲幅度信息，并根据所述激光线弯曲幅度信息确定使激光以法向穿过空气-水界面的激光发射装置的真实出射俯仰角并进行激光发射装置的安装位姿调整。

11、第三方面，本申请公开了一种水下激光测距机器人，包括：

12、采用所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法获得出射俯仰角偏差信息后进行机器人的出射俯仰角偏差调整；

13、或者，采用所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差调整方法进行机器人中的激光发射装置的位姿调整。

14、本公开实施例提供的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，通过对激光完整折射成像的形态特征分析，不仅可以清晰直接判定俯仰角偏差的上偏、下偏方向，还能基于激光线的连续弯曲形态实现偏差量的连续量化输出，不存在传统定距标识区间法的离散分辨率上限限制，检测分辨率可达0.01°级别，远高于现有行业常规检测方案的精度水平。

15、整套检测流程不需要复杂的高精度测量仪器，仅通过标准化的相机成像与自动化图像处理逻辑即可完成全流程检测，硬件投入与前期标定成本仅为外部标准参考法的20%不到，同时兼容封闭、敞口两类不同结构的水下激光测距模组，不受模组内部tof、三角法、结构光等测距技术类型的限制，在空间安装受限、水体轻度浑浊的复杂生产与应用场景下依然可以稳定输出可靠的偏差检测结果，从源头解决了传统检测方案难以兼顾自参考、连续量化、方向可辨的行业痛点，为泳池清洁机器人、船体检测机器人、管道巡检机器人等装备搭载的水下激光测距模组提供了高精度的俯仰角偏差校准基础，有效降低空气-水界面折射引入的路径弯曲误差，最终大幅提升水下机器人的定位精度、避障可靠性与多模组协同作业的稳定性。

16、上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本公开的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

1.一种水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，其特征在于，待检测的所述水下激光测距模组为封闭结构，所述封闭结构内的介质为空气，所述封闭结构上设置的激光出射窗口与所述激光发射装置对应设置。

3.根据权利要求1所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，其特征在于，待检测的所述水下激光测距模组为敞口结构，且所述激光出射窗口设置于敞口结构的敞口端对侧；

4.根据权利要求1所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，其特征在于，所述在所述空气-水界面折射检测环境中，控制所述激光发射装置发射激光，使激光穿过激光出射窗口射入水中，获取激光在水中的折射成像图像，包括：

5.根据权利要求4所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，其特征在于，所述相机采集图像设置于水面上。

6.根据权利要求1所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，其特征在于，所述对所述激光折射成像图像进行形态分析，获取激光发射装置相对于激光出射窗口的出射俯仰角偏差信息，包括：

7.根据权利要求1所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，其特征在于，所述激光出射窗口浸入水中的浸入深度为5mm至10mm区间内，且整个检测区域无强光直射干扰。

8.根据权利要求1所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差检测方法，其特征在于，对所述激光折射成像图像进行形态分析之前，还包括：

9.一种水下激光测距模组的出射俯仰角偏差调整方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差调整方法，其特征在于，所述从所述出射俯仰角偏差信息中提取激光线弯曲幅度信息，并根据所述激光线弯曲幅度信息确定使激光以法向穿过空气-水界面的激光发射装置的真实出射俯仰角并进行激光发射装置的安装位姿调整，包括：

11.根据权利要求10所述的水下激光测距模组的出射俯仰角偏差调整方法，其特征在于，若所述偏差方向为向上偏，将所述俯仰角偏差量与理论俯仰角设计值的和作为真实出射俯仰角；

12.一种水下激光测距机器人，其特征在于，包括：