水下結(jié)構光測量及其在視覺引導與定位中的應用研究.pdf

1、近年來人類對海洋的開發(fā)和探索促進了水下機器人的發(fā)展，由于水下環(huán)境復雜和水下任務的多樣性，高精度的水下三維測量在視覺引導與定位中有重要作用。本文對水下結(jié)構光測量及其在視覺引導與定位中的應用進行了研究。采用水下結(jié)構光三維探測系統(tǒng)進行視覺引導，是后續(xù)搭建水下自主作業(yè)平臺的基礎;建立了相應的水下三維測量數(shù)學模型，分別標定了攝像機參數(shù)與結(jié)構光自掃描系統(tǒng)參數(shù);對水下折射進行有效的補償，使得測量系統(tǒng)通過陸上標定可以實現(xiàn)水下應用;后續(xù)工作可通過機器人的

2、手眼標定，完成通過對特定目標的識別定位實現(xiàn)視覺引導。
　　分別分析了結(jié)構光三維探測系統(tǒng)在陸上和水下工作原理，根據(jù)攝像機、激光面、被測物體三者之間的關系，構建了三維測量系統(tǒng)的數(shù)學模型;該模型包含攝像機成像光路以及激光面折射關系。
　　分別標定了攝像機參數(shù)與結(jié)構光系統(tǒng)參數(shù)。標定攝像機采用的是張正友的基于平面靶標的標定方法，靶標是棋盤靶標;同時采用該靶標標定測量系統(tǒng)中攝像機坐標系與振鏡坐標系之間的平移轉(zhuǎn)換關系，完成對整個系統(tǒng)的標定

3、。
　　針對結(jié)構光系統(tǒng)的水下折射補償方法提出了改進，既克服了水下光線折射對測量結(jié)果的影響，也降低了密封處玻璃折射的影響。對折射后的激光平面進行重進計算，對攝像機成像光路因折射造成的偏移進行補償，使在陸上標定所得參數(shù)適用于水下測量，獲取被測物體的三維信息。
　　通過對測量數(shù)據(jù)的分析處理，得到目標物體的三維信息，實現(xiàn)物體的定位。通過標定視覺系統(tǒng)與機械手坐標系，可以實現(xiàn)對水下機械手的視覺引導。
　　針對本課題要求進行了一系列