【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于未侵入式水下采集，具體涉及一種基于kinect的液體濃度及水下地形采集方法。
技術介紹
1、液體濃度作為日常生活中一個重要的物理量，是表征液體特性的主要參量之一，同時是工農業(yè)生產和科學研究實驗中一項重要的計量參數。物質的許多物理和化學性質均易受濃度的影響，濃度過高或者過低都會對產品的質量產生影響。然而現有技術中，獲取液體濃度主要采用的是光纖光柵、超聲波等技術，但是依托這些技術的設備一般價格昂貴，且操作復雜。
2、同時，現有的水下測繪技術在光學成像上受水環(huán)境影響較大，應用光學成像技術無法在復雜水環(huán)境下精準成像；目前市面上的普通水下工程測繪方式均為二維測繪，其操作繁瑣、測繪數據精度較低，無法對工程安全隱患進行及時排查，而用于水下三維測繪的技術，因其成本過高，目前只在極其重要的工程中使用。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題便是針對上述現有技術的不足，提供一種基于kinect的液體濃度及水下地形采集方法，它能夠簡單高效地對液體濃度進行采集，同時對水下地形進行三維重建。
2、本專利技術所采用的技術方案是：一種基于kinect的液體濃度及水下地形采集方法，包括以下步驟：
3、步驟1：基于kinect相機獲取水面點云圖像和水下地形點云圖像，根據水面點云圖像和水下地形點云圖像獲取水面點云數據和水下地形點云數據，所述水面點云數據為水面點云圖像中每個像素點的坐標值和rgb值，所述水下地形點云數據為水下地形點云圖像中每個像素點的坐標值；p>
4、步驟2：配置不同泥沙體積濃度的混合液體，基于kinect相機獲取不同泥沙體積濃度液體的水面點云數據，通過不同泥沙體積濃度液體的rgb值得到不同泥沙體積濃度液體的灰度值，并根據不同泥沙體積濃度液體的灰度值和相應液體的泥沙體積濃度，擬合獲得灰度值與液體濃度的關系曲線；
5、步驟3：將水面點云數據導入點云可視化軟件中進行點云分割處理，以液面幾何中心為旋轉中心對水面點云圖像進行分割獲得分割區(qū)域，將分割區(qū)域中每個像素點的rgb值進行眾數統計，得到分割區(qū)域的rgb值作為采集液體的rgb值，根據采集液體的rgb值計算獲得灰度值，并根據步驟2中的灰度值與液體濃度關系曲線得到采集液體的液體濃度；
6、步驟4：對獲取的水下地形點云數據利用折射定律的微分形式，得出關聯折射角、入射角與實像點、虛像點坐標的函數，對水下地形點云數據進行折射校正，獲得水下地形的折射校正點云數據，再根據折射校正點云數據依次進行水深校正和水濃度校正，最終獲得校正點云數據；
7、步驟5：對校正點云數據導入點云可視化軟件依次進行點云分割、統計濾波剔除離群點、點云二次采樣和水下地形三維重建。
8、作為優(yōu)選，步驟1中的kinect相機包括彩色攝像頭和深度傳感器，其使用范圍控制在0.5m-4.5m之間，其中彩色攝像頭用于采集獲取水面點云圖像中點云的rgb值和水下地形點云圖像中點云的坐標值，深度傳感器用于獲取水下地形的深度信息。
9、作為優(yōu)選，步驟2中，所述灰度值的計算如下：
10、
11、其中，g表示液體的灰度值，r表示液體的r代表值，g表示液體的g代表值，b表示液體的b代表值；
12、灰度值與液體濃度關系曲線方程為：
13、
14、其中，表示液體的灰度值，表示液體濃度。
15、作為優(yōu)選，步驟4中對水下地形點云數據進行校正，具體為：建立yoz平面坐標系，設定水面為z軸，水下點s的實像位置坐標為（y0,?z0），水的折射率為n，空氣的折射率n0=1，由點s發(fā)出的元光線為sm1和sm2，經水面折射后的光線為m1?p1和m2?p2，光線sm1的入射角記為，折射角記為，光線m1?p1和m2?p2的反向延長線的交點為s1，點s1即為點s的虛像位置，記為（y,?z），點s豎直對應在y軸上的點記為點a，點s1豎直對應在y軸上的點記為點b，元光線為sm1和sm2之間的夾角記為，光線m1?p1和m2?p2的反向延長線之間的夾角記為；
16、根據折射定律可知
17、，即
18、兩邊微分可得
19、式（1）：
20、在△sm1m2中，可得式（2）：
21、在△s1m1m2中，可得式（3）：
22、由式（2）和式（3）可得式（4）：
23、由式（1）和式（4）可得式（5）：
24、在△sam1中，可得，即
25、在△s1bm1中，可得，即
26、將和代入式（5）可得式（6）：
27、又
28、則得式（7）：
29、
30、式（8）：
31、將式（6）和式（7）代入式（8），可得式（9）：
32、
33、式（10）：，將式（7）和式（9）代入式（10），可得
34、
35、即對水下地形點云數據折射校正后可獲得折射校正點云數據。
36、作為優(yōu)選，所述水深校正為折射校正點云數據中的水平坐標值和縱向坐標值分別乘以折減系數r1，獲得水深校正點云數據；
37、所述折減系數r1=1.005-0.013h，
38、其中，r1為與水深相關的折減系數；h為水深。
39、作為優(yōu)選，所述水濃度校正為水深校正點云數據中的水平坐標值和縱向坐標值分別對應乘以水平坐標誤差補償系數r2和縱向坐標誤差補償系數r3，最終獲得校正點云數據；
40、所述水平坐標誤差補償系數r2=0.966-2839.31×，
41、所述縱向坐標誤差補償系數r3=0.937+7744.39×，
42、其中,?為液體濃度。
43、一種基于kinect的液體濃度及水下地形的采集系統，包括主控模塊和分別與主控模塊連接的處理模塊、數據采集模塊、水濃度處理模塊、折射坐標校正模塊、水深坐標校正模塊和水濃度坐標校正模塊；
44、所述數據采集模塊用于采集水下水面點云圖像和水下地形點云圖像；
45、所述水濃度處理模塊用于根據處理模塊獲得的水面點云數據中的rgb值計算得到采集地的液體濃度；
46、所述折射坐標校正模塊用于根據處理模塊獲得的水下地形點云數據中的坐標值進行折射校正；
47、所述水深坐標校正模塊用于對折射坐標校正模塊校正后的坐標值進行水深校正，具體為：對折射坐標校正模塊校正后的水平坐標值和縱向坐標值分別乘以折減系數r1；
48、所述折減系數r1=1.005-0.013h，
49、其中，r1為與水深相關的折減系數；h為水深；
50、所述水濃度坐標校正模塊用于對水深坐標校正模塊校正后的坐標值進行補償校正，具體為，對水深坐標校正模塊校正后的水平坐標值乘以水平坐標誤差補償系數r2，對水深坐標校正模塊校正后的縱向坐標值乘以縱向坐標誤差補償系數r3，最本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于Kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于Kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：步驟1中的Kinect相機包括彩色攝像頭和深度傳感器，其使用范圍控制在0.5m-4.5m之間，其中彩色攝像頭用于采集獲取水面點云圖像中點云的RGB值和水下地形點云圖像中點云的坐標值，深度傳感器用于獲取水下地形的深度信息。
3.根據權利要求2所述的一種基于Kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：步驟2中，所述灰度值的計算如下：
4.根據權利要求3所述的一種基于Kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：步驟4中對水下地形點云數據進行折射校正，具體為：建立yoz平面坐標系，設定水面為z軸，水下點S的實像位置坐標為（y0,?z0），水的折射率為n，空氣的折射率n0=1，由點S發(fā)出的元光線為SM1和SM2，經水面折射后的光線為M1?P1和M2?P2，光線SM1的入射角記為，折射角記為，光線M1?P1和M2?P2的反向延長線的交點為S1，點S1即為點S的虛像位置，記
5.根據權利要求4所述的一種基于Kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：所述水深校正為折射校正點云數據中的水平坐標值和縱向坐標值分別乘以折減系數R1，即為獲得水深校正點云數據；
6.根據權利要求5所述的一種基于Kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：所述水濃度校正為水深校正點云數據中的水平坐標值和縱向坐標值分別乘以水平坐標誤差補償系數R2和縱向坐標誤差補償系數R3，最終獲得校正點云數據；
7.一種根據權利要求1-6任一所述的一種基于Kinect的液體濃度及水下地形采集方法的采集系統，其特征在于：包括主控模塊和分別與主控模塊連接的處理模塊、數據采集模塊、水濃度處理模塊、折射坐標校正模塊、水深坐標校正模塊和水濃度坐標校正模塊；
...【技術特征摘要】
1.一種基于kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：步驟1中的kinect相機包括彩色攝像頭和深度傳感器，其使用范圍控制在0.5m-4.5m之間，其中彩色攝像頭用于采集獲取水面點云圖像中點云的rgb值和水下地形點云圖像中點云的坐標值，深度傳感器用于獲取水下地形的深度信息。
3.根據權利要求2所述的一種基于kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：步驟2中，所述灰度值的計算如下：
4.根據權利要求3所述的一種基于kinect的液體濃度及水下地形采集方法，其特征在于：步驟4中對水下地形點云數據進行折射校正，具體為：建立yoz平面坐標系，設定水面為z軸，水下點s的實像位置坐標為（y0,?z0），水的折射率為n，空氣的折射率n0=1，由點s發(fā)出的元光線為sm1和sm2，經水面折射后的光線為...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：蔣先剛，郭哲豪，
申請(專利權)人：四川農業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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