你知道漁網(wǎng)是怎么捕獲魚群的嗎？那些因素會(huì)影響拖網(wǎng)捕魚的效率？拖網(wǎng)在張開、拖曳過程中的形狀、運(yùn)動(dòng)軌跡是如何變化的？

最近，某水產(chǎn)研究院在國內(nèi)率先開展一項(xiàng)研究，希望能系統(tǒng)的了解拖網(wǎng)拖曳過程中的形狀、運(yùn)動(dòng)軌跡等變化情況，為網(wǎng)口張開、網(wǎng)口形狀、魚群入網(wǎng)等影響捕魚效率因素提供科學(xué)的理論支撐。

漁網(wǎng)水下測量有哪些難題？

漁網(wǎng)在受到水動(dòng)力的作用下，會(huì)產(chǎn)生大變形和大位移，具有幾何非線性，如何進(jìn)行漁網(wǎng)動(dòng)態(tài)位移測量？

網(wǎng)口張開面積，網(wǎng)口形狀，會(huì)影響拖曳過程魚類入網(wǎng)，若局部網(wǎng)形無法充分伸展，也會(huì)增加阻力影響捕魚。

如何對水下漁網(wǎng)進(jìn)行測量？傳統(tǒng)方法是通過用相機(jī)拍攝水下漁網(wǎng)大量照片，通過照片分析漁網(wǎng)形態(tài)變化，無法動(dòng)態(tài)測量，無法實(shí)時(shí)捕捉形態(tài)變化數(shù)據(jù)。

漁網(wǎng)水下動(dòng)態(tài)測量如何解決？

為了實(shí)現(xiàn)水下漁網(wǎng)動(dòng)態(tài)軌跡測量，經(jīng)雙方多次交流與溝通，新拓三維特研發(fā)定制了一款產(chǎn)品：XTDIC-STROBE水下三維動(dòng)態(tài)變形系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）及雙目立體視覺技術(shù)，通過水下追蹤漁網(wǎng)表面散斑點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)變形過程中漁網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)、位移的動(dòng)態(tài)測量。

那么，新拓三維研發(fā)的這款DIC水下動(dòng)態(tài)測量產(chǎn)品，有什么特別之處呢？又或者說，需要克服哪些水下測量的難題？

難題一：水下相機(jī)設(shè)備防水

大家都知道，這是一個(gè)水下漁網(wǎng)測量過程，工業(yè)CCD相機(jī)和DIC設(shè)備的防水至關(guān)重要。

為了解決這個(gè)難題，歷經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)和失敗后，最終我們拿出了一套符合要求的防水裝置：把設(shè)備放入防水裝置中保證設(shè)備及測量頭防水，保證校正模型的可靠性；工業(yè)CCD相機(jī)透過防水裝置玻璃視窗，對漁網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。另外，對相機(jī)及外殼、測量頭也進(jìn)行了相應(yīng)的防水處理，為系統(tǒng)防水加上雙保險(xiǎn)。

三維動(dòng)態(tài)變形測量系統(tǒng)防水裝置

難題二：水下暗環(huán)境測量

對于水下dic測量來說，如何克服水下光線差、暗環(huán)境數(shù)據(jù)采集，也是一個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)。

因?yàn)樗鹿馀c工業(yè)相機(jī)拍攝的限制，補(bǔ)光尤為關(guān)鍵，這個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)直接影響到測量數(shù)據(jù)的精確度。

為此，新拓三維特制藍(lán)光照明設(shè)備，專門為水下的圖像采集進(jìn)行補(bǔ)充光照；工業(yè)CCD相機(jī)通過設(shè)計(jì)特定的工裝固定在控制室，測量距離為2m。光源放在水下，正對測量的漁網(wǎng)，距離約3m。

水下三維動(dòng)態(tài)變形測量系統(tǒng)架設(shè)采集

難題三：水下相機(jī)標(biāo)定

在水下進(jìn)行DIC動(dòng)態(tài)測量，肯定是要在水下放置標(biāo)定工具，包括標(biāo)定板和十字架。通過相機(jī)標(biāo)定獲得相機(jī)內(nèi)外參數(shù)，才能精確得到物體點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)。

為了保證漁網(wǎng)特征點(diǎn)采集效果，在漁網(wǎng)上固定反光標(biāo)記點(diǎn)/散斑點(diǎn)，這些特征點(diǎn)隨著漁網(wǎng)開口的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生相對應(yīng)的變化；

漁網(wǎng)上的反光標(biāo)記點(diǎn)/散斑點(diǎn)均在相機(jī)坐標(biāo)系之下發(fā)生運(yùn)動(dòng)，由此采集和計(jì)算出漁網(wǎng)上特征標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而獲得漁網(wǎng)運(yùn)動(dòng)位移參數(shù)。

漁網(wǎng)水下軌跡動(dòng)態(tài)測量

測量過程中，新拓三維水下XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)兩個(gè)工業(yè)CCD相機(jī)同步捕捉漁網(wǎng)的變形圖像，通過立體匹配、三維重建，獲取漁網(wǎng)表面關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)、位移等數(shù)據(jù)。

新拓三維水下DIC三維動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，通過漁網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)生成、識別追蹤和三維軌跡重構(gòu)，漁網(wǎng)運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)解算，實(shí)現(xiàn)水下漁網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)特性研究，對于優(yōu)化漁具設(shè)計(jì)，增強(qiáng)漁具的漁獲效率，提升漁具安全性能具有重要價(jià)值。

數(shù)據(jù)采集及計(jì)算

開啟動(dòng)水槽對漁網(wǎng)進(jìn)行拖曳，采用XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)獲取漁網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)的三維坐標(biāo)，在漁網(wǎng)拖曳過程中，測量拖網(wǎng)過程漁網(wǎng)水下三維動(dòng)態(tài)變化。

通過XTDIC-STROBE分析軟件，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別獲取漁網(wǎng)各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)位XYZ位移。根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分析其X位移、Y位移、Z位移、E位移的變化。

1）漁網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)X方向位移計(jì)算

2）漁網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)Y方向位移

3）漁網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)Z方向位移

4、漁網(wǎng)關(guān)鍵點(diǎn)E（綜合）方向位移

基于三維數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)的漁網(wǎng)水下3D變形測量方法，可以直觀地看到漁網(wǎng)在相機(jī)視場內(nèi)不同位置的位移變化，通過關(guān)鍵點(diǎn)三維位移數(shù)據(jù)分析，可以清晰地觀測漁網(wǎng)形狀動(dòng)態(tài)變化過程。

通過本次漁網(wǎng)水下動(dòng)態(tài)位移測量，驗(yàn)證了新拓三維DIC水下動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)的可行性，測量數(shù)據(jù)及精度方面均達(dá)到了用戶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，獲得客戶的認(rèn)可，為精準(zhǔn)測定網(wǎng)口水平、垂直擴(kuò)張、網(wǎng)口及網(wǎng)身動(dòng)態(tài)變化測量提供數(shù)據(jù)支撐，為設(shè)計(jì)和改進(jìn)漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)和材料性能提供重要參考。