基于單目視覺的水下線結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)研究.pdf

1、基于單目視覺的水下線結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)研究摘要為了實現(xiàn)水下線結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)，本文以機器視覺理論為基礎(chǔ)，結(jié)合圖像處理技術(shù)與線結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)，設(shè)計了一種基于單目視覺的水下線結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)。建立了系統(tǒng)模型，采用平面網(wǎng)格靶標的方法進行了系統(tǒng)標定，并利用折射補償算法將陸上線結(jié)構(gòu)光測量方法引入水下測量。最后，通過水下測量實驗驗證了該系統(tǒng)用于水下測量的可行性。本文主要的研究內(nèi)容有以下幾個方面：1、提出了一種簡便易行的攝像頭參數(shù)的標定方法。設(shè)計了一種具有一

2、定線寬的、直線距離已知的平面網(wǎng)格靶標。通過拍攝靶標圖像，對其橫豎直線的中心點進行提取，降低誤差，將得到的直線交點作為特征點用于系統(tǒng)標定，并充分考慮到鏡頭畸變的影響，合理補償了鏡頭畸變，采用基于徑向排列約束的兩步標定方法，有效提高了標定精度。2、提出了一種基于平面網(wǎng)格靶標的線結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)的標定方法。針對平面靶標每次提取的若干標定點都在共一條直線上的問題，采用了將靶標在視場范圍內(nèi)自由移動的辦法。通過靶標的自由移動，攝像機拍攝到多組圖像數(shù)據(jù)

3、，可以得到多個位置的多組共線標定點，由于這些標定點處于不同位置，所以就可以由它們得到多個非共線的標定點。由這些點，根據(jù)透視投影中的交比不變原理，即可標定出結(jié)構(gòu)光平面與攝像機的位置關(guān)系。3、設(shè)計了基于單目視覺的水下線結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)。此系統(tǒng)是由控制結(jié)構(gòu)、防水外殼、攝像機及激光器組成。激光器發(fā)射出激光平面，投射入被測空間里，和被測物體交匯，在其表面形成光條。按照像面上光條的各點的方位，經(jīng)過一系列計算，得出光線的傳播途徑公式，運用折射原理，采取

4、補償算法減小水面折射造成的數(shù)據(jù)偏差。最終，按照考慮折射現(xiàn)象的系統(tǒng)模型算出全部被測點的三維坐標，從而實現(xiàn)基于單目視覺的水下線結(jié)構(gòu)光測量。4、開發(fā)了基于單目視覺的水下線結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)的控制軟件。該軟件聯(lián)系了與之相應(yīng)的硬件驅(qū)動程序，在VisualC6.0軟件開發(fā)環(huán)境下編寫，通過對攝像機標定、線結(jié)構(gòu)光標定、水下線結(jié)構(gòu)光測量和折射補償?shù)乃惴▽崿F(xiàn)，以及對測量數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，實現(xiàn)了系統(tǒng)的內(nèi)外參數(shù)標定和水下測量任務(wù)，為后續(xù)的科學(xué)研究提供了基礎(chǔ)與便利。本

5、文建立了一種折射條件下的水下線結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)模型，提出了針對該模型的折射補償方法，設(shè)計了基于單目視覺的水下線結(jié)構(gòu)光測量方法，并通過實驗驗證了該測量方法的準確性和可靠性。關(guān)鍵字：單目視覺；線結(jié)構(gòu)光；水下測量；折射補償StudyonUnderwaterLineStructuredLightMeasurementTechnologyBasedonMonocularVisionAbstractionIndertoachievetheunderw

6、aterlinestructuredlightmeasurementcombinedwiththeimageprocessingtechniquelinestructuredlightmeasurementtechniqueanunderwaterlinestructuredlightmeasurementsystembasedonthemonocularvisionisdesigned.Afterthemodelofsystemise

7、stablisheditiscalibratedbyadoptingtheplanargriddingtarget.Thenthellinestructuredlightmeasurementmethodisintroducedintotheunderwatermeasurementusingtherefractioncompensationalgithm.Finallythefeasibilityoftheunderwatermeas

8、urementsystemisverifiedbytheexperimentsdoneinthewater.Themaincontentsofthispaperareasfollows:1.Asimplefeasiblecalibrationmethodofcameraispresented.Aplanargriddingtargetwithknowndistancesbetweenthelinesisdesigned.Capturin

9、gthetargetimagestheintersectionpointsofthelinesareextractedwhicharethecalibrationpoints.consideringtheinfluenceofthedisttionoflensthesepointsarecrectedbythecompensationmethod.Thentheaccuracyofthecalibrationisimprovedbyad

10、optingtheradialalignmentconstraintcalibrationmethodoftwosteps.2.Amethodfcalibratingthelinestructuredlightsystembasedontheplanargriddingtargetisproposed.Consideringthesecalibrationpointsextractedeachtimearecollinearthetar

11、getislocatedatdifferentpositionsfsolvingthisproblem.Byfreelymovingthetargetseveralimagesarecapturedmedifferentcollinearcalibrationpointsareobtainedwhichconstitutethenoncollinearcalibrationpoints.Accdingtotheprincipleofcr

12、ossratioinvarianceoftheperspectiveprojectiontherelativepositionrelationshipofthelaserplanethecameraiscalibrated.3.Anunderwaterlinestructuredlightmeasurementsystembasedonthemonocularvisionisdesigned.Thissystemiscomposedof

13、controlstructurewaterproofcaseacameraalaserproject.Laserprojectemitsalaserplanewhichisprojectedontothemeasuredobjecttofmalaserstripeonthesurfaceoftheobject.Accdingtothepositionientationofeachpointofthelaserstripeontheima