水下目标三维点云重建技术多用于珊瑚礁测绘、水下地形扫描和水下无人机避障等,其能够获取到小目标整体的三维信息,也可以对大目标局部三维信息进行拼接整合,极具应用价值。但其重建精度受水下粒子散射和湍流效应影响,无法得到广泛应用。本文提出了一种水下三维点云重建的方法和一种三维点云误差分析方法,基于声波在水体介质中传播会发生能量传递这一机理,利用声波改变水体的物理特性,探究声波对水体湍流的影响效果,从而将其加载至水下三维点云重建工程中去。本文主要工作有:1.设计了水下目标探测试验并通过实验获取了水下目标的原始点云数据,提出了一种由阈值分割、折射修正和点云滤波构成的三维点云重建算法对原始点云数据进行处理重建,得到只包含目标物三维信息的重建点云。依据实际水况设定盐度和浊度这两种参数,模拟了渤海和南海两种真实水体环境,并以此为介质进行了实验用以探究盐度和浊度变化对三维点云重建的影响。介绍了一种三维点云误差计算方法,利用k-d树算法计算了重建点云中每一点与标准点云之间的距离差值,并分析其原因及影响大小。2.设计了水体湍流模拟实验,研究了温度和盐度这两种主导水体湍流的物理参数单独作用于湍流时对高斯光束传输的影响,从光斑质量的分析出发,解释了水体湍流对水下目标探测试验的影响机理,利用充足的实验数据验证水体湍流对水下目标三维点云重建的影响。3.进行了声波扰动水体湍流实验,探索声波对水下光束传输及三维点云重建的影响,从高斯光束光斑变化趋势和三维点云重建效果两方面来验证声波对于水体湍流的抑制作用。结果表明:盐度的改变对水下目标三维点云重建的影响较小,在30PSU和35PSU水体环境中,目标点云的平均误差改变范围在1mm以内;水体浊度变化主要影响光在水下传输过程中的后向散射,导致目标点云中的噪声点变多,从而影响成像质量;当目标的探测距离逐渐增大时,由于水体的衰减较大,目标点云的特征逐渐模糊,有效点数呈线性减小,均值误差呈线性上升。温度湍流和盐度湍流均对高斯光束的传输有较大的影响,温度湍流环境中高斯光束在接收端的光斑图像有一定汇聚现象,并非简单的扩散,盐度湍流环境中的光斑呈离散化和颗粒化;高斯光束在水体湍流的传输过程中,光斑漂移方差和闪烁指数都随着生成湍流的两种水体间的温度差和盐度差的升高而升高,即水体湍流环境越恶劣,光束传输效果越差;在水下目标三维点云重建过程中,随着水体温度湍流和盐度湍流环境的愈发恶劣,重建点云的有效点数呈下降趋势,均值误差呈上升趋势,这表明水体湍流对水下目标三维点云重建具有一定规律性的干扰。声波在扰动弱湍流水体时,高斯光束在传输过程中存在声波引起的微小气泡的影响,光束漂移方差和闪烁指数略高于单纯的弱湍流水体环境;声波在扰动强湍流水体时,能够改善水下湍流环境对光束传输的影响,光束漂移方差和闪烁指数均低于单纯的强湍流水体环境;在声波扰动强湍流水体环境下的目标三维点云重建过程中,声波可以改变水体原有的湍流环境,使得三维重建点云的有效点数较单纯的强湍流水体有所上升,均值误差有所下降且波动范围更小。本文所做研究对水下目标探测有重要的启发,可为小型水下无人滑翔机的避障和探测模块的研发提供数据参考。