本申请涉及水下测量，尤其涉及一种基于线激光测量的水下三维模型重建方法及系统。
背景技术：
1、线激光视觉测量通常包括测量系统标定和坐标转换两个步骤，测量系统标定是为了建立摄像机坐标系与结构光坐标系之间的准确空间关系，然后再准确提取光纹进行坐标转换。
2、对于水下待测目标的三维模型重建，需要全面获取其关键表面的完整信息。例如核电厂控制棒驱动机构(control rod drive mechanism：crdm)热套管是核电站反应堆压力容器顶盖上起导向控制棒驱动杆作用的关键部件，由于水流振动可能导致热套管上部法兰磨损或下沉，严重时会造成热套管法兰完全磨损脱落，从而带来较大核安全隐患。
3、为防止crdm热套管脱落，部分电厂在存在异常磨损情况的热套管喇叭口下方，与控制棒导向筒的上部之间位置加装一个金属环形垫块支撑。该措施能有效托举crdm热套管，但喇叭口内表面与金属环形垫块相互接触的位置会因为振动而产生磨损。这些经验反馈在加装了垫块后的一个换料循环后，通过视频检查发现垫块的表面存在明显的磨损痕迹。据此，一些核电厂将陆续采用经验反馈中的措施以应对crdm热套管磨损的情况，因而同样存在热套管喇叭口内表面与控制棒导向套筒上垫块接触面由于长期运行振动等情况产生磨损的潜在风险。采取必要的手段对垫块外表面磨损情况进行测量，为核电厂后续的垫块更换策略提供输入。为了不影响crdm在运行时的正常运动，垫块安装在控制棒导向套筒的顶部。控制棒导向套筒为反应堆压力容器堆内构件的重要组成部分，该部件在运行时长期与燃料棒接触，具有很高的接触剂量，必须长期浸没在一回路水中进行屏蔽。水下、高辐射、并且磨损测量需要有很高的精度一致性和历史数据存量的对比这些都对测量的方法提出了很高的难度。其关键表面为其圆锥面，因此需要对反应堆压力容器进行全方位的线激光扫描和相机拍摄才能获取其完整的表面信息。为此，现有技术中出现了能够绕反应堆压力容器360°旋转拍摄的装置。
4、但是为了实现水下待测目标的三维模型的准确重建，亟待提供一种能够保证上述重建模型的准确度的方法。
技术实现思路
1、本发明的一个目的在于提供一种保证圆锥面的待测目标表面的重建模型的准确度的三维模型重建方法。
2、特别地，本申请的实施例提供了一种基于线激光测量的水下三维模型重建方法，包括：
3、采集待测目标表面的第一激光条纹图像信息，所述待测目标表面为圆锥面且至少包括待测表面和凹陷于所述待测表面的标定面，所述标定面为所述待测目标表面的母线平行的竖向凹槽的底面；
4、根据所述标定面上多个标定点的图像信息求解变换参数；所述标定点的世界坐标已知，所述变换参数包括相机的畸变系数和焦距、相机坐标与世界坐标的转换参数；
5、采集完整的所述待测目标表面的第二激光条纹图像信息；
6、根据所述第二激光条纹图像信息、所述变换参数和所述相机的运动参数求解所述待测目标表面在世界坐标系下的各个世界坐标；
7、根据所述世界坐标重建所述待测目标表面的三维模型。
8、可选地，所述第一激光条纹图像信息和所述第二激光条纹图像信息为利用灰度重心法提取的激光条纹的中心线的图像信息。
9、可选地，所述采集完整的所述待测目标表面的第二激光条纹图像信息的步骤包括：
10、控制所述相机以预设转速绕所述待测目标表面的轴线旋转至少一周并采集所述待测目标表面的所述第二激光条纹图像信息。
11、可选地，所述竖向凹槽中的多个所述标定点均位于与所述待测目标表面的母线平行的标定线上，一个所述竖向凹槽的所述标定线位于所述世界坐标系两个坐标轴形成的面内，以使得在标定时该竖向凹槽内的所述标定点的一个世界坐标为0。
12、可选地，所述世界坐标系的一个坐标轴与所述待测目标表面的轴线重合，所述世界坐标系的原点为所述待测目标表面的下圆周的圆心。
13、可选地，所述相机坐标与世界坐标的转换关系如下式所示：
14、
15、
16、
17、其中，矩阵r和t中的各个参数为所述转换参数，(x，y，z)和(xw0，yw0，zw0)分别为相机处于标定位置时所述标定点的相机坐标和世界坐标。
18、可选地，所述相机的运动参数为所述相机绕所述待测目标表面的轴线的转动角度。
19、可选地，所述世界坐标系的x轴与所述待测目标表面的轴线重合，所述世界坐标系的z轴指向目标标定线，所述目标标定线为相机处于标定位置时位于所述世界坐标系的x轴与z轴形成的平面内的所述标定线。
20、可选地，所述根据所述第二激光条纹图像信息、所述变换参数和所述相机的运动参数求解所述待测目标表面在世界坐标系下的各个世界坐标的步骤包括：
21、根据以下公式计算所述待测目标表面的世界坐标：
22、
23、
24、xwθ＝xw；
25、ywθ＝zw*sinθ；
26、zwθ＝zw*cosθ；
27、其中，ud、vd为点p在图像像素坐标系中的坐标，u0、v0为所述图像像素坐标系中的原点，k为相机的畸变系数，f为相机的焦距，(xw，yw，zw)为根据标定的所述变换参数计算的当前位置的目标点的世界坐标，当前位置为相机绕所述世界坐标系的x轴相对于所述标定位置的旋转θ后的位置，(xwθ，ywθ，zwθ)为当前位置的目标点的用于重建所述待测目标表面的三维模型的世界坐标。
28、特别地，本发明还提供了一种基于线激光测量的水下三维模型重建系统，包括控制器，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现如上述任一项所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法。
29、根据本发明的第一方面，针对水下呈圆锥面的待测目标表面设计了相应的三维模型重建方法，其中通过在圆锥面上设置与母线平行的竖向凹槽，利用竖向凹槽的底面设置标定点，即世界坐标已知的点，针对相机相对于圆锥面的待测目标表面进行旋转拍摄时的坐标标定，以得到准确的待测目标表面的世界坐标，并利用该世界坐标重建待测目标表面的三维模型，从而得到水下的待测目标表面的准确的三维模型。
30、进一步地，通过灰度重心法对激光条纹的中心线进行提取，形成第一激光条纹图像信息和第二激光条纹图像信息，有利于提取精确的中心线上的中心点的坐标，从而提高模型重建的精确度。
31、根据本发明的第二方面，将世界坐标系的一个坐标轴设置为与待测目标表面的轴线重合，同时待测目标表面的轴线也是相机的旋转中心线，通过这种特定的世界坐标系的设置，一方面简化了标定过程，另一方面也降低了旋转相机的坐标计算难度，只需要获取到相机绕待测目标表面的轴线转动的角度并通过简化的公式就能快速得到待测目标表面的各个点的世界坐标，重建得到准确的三维模型。
1.一种基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，所述第一激光条纹图像信息和所述第二激光条纹图像信息为利用灰度重心法提取的激光条纹的中心线的图像信息。
3.根据权利要求1所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，所述采集完整的所述待测目标表面的第二激光条纹图像信息的步骤包括：
4.根据权利要求3所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，所述竖向凹槽中的多个所述标定点均位于与所述待测目标表面的母线平行的标定线上，一个所述竖向凹槽的所述标定线位于所述世界坐标系两个坐标轴形成的面内。
5.根据权利要求4所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，所述世界坐标系的一个坐标轴与所述待测目标表面的轴线重合，所述世界坐标系的原点为所述待测目标表面的下圆周的圆心。
6.根据权利要求5所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，所述相机坐标与世界坐标的转换关系如下式所示：
7.根据权利要求6所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，所述相机的运动参数为所述相机绕所述待测目标表面的轴线的转动角度。
8.根据权利要求7所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，所述世界坐标系的x轴与所述待测目标表面的轴线重合，所述世界坐标系的z轴指向目标标定线，所述目标标定线为相机处于标定位置时位于所述世界坐标系的x轴与z轴形成的平面内的所述标定线。
9.根据权利要求8所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法，其特征在于，所述根据所述第二激光条纹图像信息、所述变换参数和所述相机的运动参数求解所述待测目标表面在世界坐标系下的各个世界坐标的步骤包括：
10.一种基于线激光测量的水下三维模型重建系统，包括控制器，其特征在于，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至9任一项所述的基于线激光测量的水下三维模型重建方法。
