水下視覺測距系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著近些年來陸地資源的日益損耗,各國爭相開展海洋資源發(fā)掘和開發(fā)。相對于陸地資源的利用,海洋開發(fā)必然要克服水下環(huán)境復(fù)雜,水下工作難以實(shí)施等問題。比如,水下設(shè)備投放工作常常由于對水深、水下投放點(diǎn)環(huán)境等信息的未知,無法及時確定投放方式,進(jìn)而可能對投放設(shè)備造成觸底損壞。這不僅增加了不必要的成本浪費(fèi),而且大大降低了海域資源的探測效率。一直以來,水下測距工作主要由超聲波測距、激光測距、電磁波測距等傳統(tǒng)測距技術(shù)完成。測繪人員根據(jù)不同的測量范圍及精度要

2、求,選擇相應(yīng)的測距工具應(yīng)用于特定環(huán)境的測距工作。近年來,很多國內(nèi)外學(xué)者將計算機(jī)視覺這一新興發(fā)展的學(xué)科引入測距技術(shù),并對此開展了系統(tǒng)的研究。水下視覺測距作為機(jī)器視覺在測距領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用,在測量精度及算法實(shí)現(xiàn)上,相對于傳統(tǒng)測距技術(shù),逐漸顯露出極大的優(yōu)越性。尤其,聲吶作為目前較為成熟水下測距工具,由于在短距離的測距精度上差強(qiáng)人意,不能滿足設(shè)備在水下的防護(hù)功能。而且,不同于大型水下地形掃描系統(tǒng),本課題主要針對水下短距離測距進(jìn)行視覺模型建立和算

3、法研究,在保證測距效率和算法可行的基礎(chǔ)上,設(shè)計一種符合精度要求的水下短距離視覺測距系統(tǒng)。
　　本課題對目前主要的水下測距技術(shù)及產(chǎn)品的精度及測量范圍進(jìn)行了統(tǒng)計和對比,進(jìn)一步驗(yàn)證計算機(jī)視覺在水下短距離測距應(yīng)用中的可行性及其在特定測量環(huán)境的優(yōu)越性。根據(jù)課題的測距原理及實(shí)現(xiàn)流程,將本系統(tǒng)的研究內(nèi)容主要分為圖像采集部分、圖像分析處理部分兩部分。圖像采集部分負(fù)責(zé)海底面激光點(diǎn)的圖像采集,圖像處理分析部分主要負(fù)責(zé)對獲取的圖像進(jìn)行目標(biāo)識別,獲取必要

4、的模型參數(shù),并按照系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,計算出設(shè)備距離海底平面的深度信息。由于本系統(tǒng)涉及大量的算法應(yīng)用和驗(yàn)證,因此使用Microsoft Visual Studio2008開發(fā)視覺測距模型。
　　本課題要完成的主要工作:系統(tǒng)總體設(shè)計、攝像機(jī)成像模型及標(biāo)定算法實(shí)現(xiàn)、單目三點(diǎn)視覺測距系統(tǒng)的模型建立及算法實(shí)現(xiàn)、雙目三點(diǎn)視覺測距系統(tǒng)的模型建立及算法實(shí)現(xiàn),以及系統(tǒng)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析。
　　系統(tǒng)總體設(shè)計主要包括核心算法設(shè)計、系統(tǒng)框架設(shè)計

5、、圖像采集裝置中攝像機(jī)、圖像采集卡、激光發(fā)射器的選型,以及開發(fā)語言及開發(fā)環(huán)境的介紹。
　　攝像機(jī)成像模型及標(biāo)定主要介紹了攝像機(jī)的成像原理及標(biāo)定算法。
　　單目三點(diǎn)視覺測距系統(tǒng)設(shè)計主要包括單目測距系統(tǒng)模型的基本原理、單目圖像采集裝置的設(shè)計、單目圖像處理部分算法設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。雙目三點(diǎn)視覺測距系統(tǒng)設(shè)計主要包括雙目測距系統(tǒng)模型的基本原理、雙目圖像采集裝置的設(shè)計、雙目圖像處理的算法設(shè)計及實(shí)現(xiàn)。
　　系統(tǒng)測試包括攝像機(jī)標(biāo)定測試,圖像