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

1、基于單目視覺(jué)的水下線結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)研究摘要為了實(shí)現(xiàn)水下線結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)，本文以機(jī)器視覺(jué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合圖像處理技術(shù)與線結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于單目視覺(jué)的水下線結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)。建立了系統(tǒng)模型，采用平面網(wǎng)格靶標(biāo)的方法進(jìn)行了系統(tǒng)標(biāo)定，并利用折射補(bǔ)償算法將陸上線結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法引入水下測(cè)量。最后，通過(guò)水下測(cè)量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)用于水下測(cè)量的可行性。本文主要的研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面：1、提出了一種簡(jiǎn)便易行的攝像頭參數(shù)的標(biāo)定方法。設(shè)計(jì)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(biāo)。通過(guò)拍攝靶標(biāo)圖像，對(duì)其橫豎直線的中心點(diǎn)進(jìn)行提取，降低誤差，將得到的直線交點(diǎn)作為特征點(diǎn)用于系統(tǒng)標(biāo)定，并充分考慮到鏡頭畸變的影響，合理補(bǔ)償了鏡頭畸變，采用基于徑向排列約束的兩步標(biāo)定方法，有效提高了標(biāo)定精度。2、提出了一種基于平面網(wǎng)格靶標(biāo)的線結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法。針對(duì)平面靶標(biāo)每次提取的若干標(biāo)定點(diǎn)都在共一條直線上的問(wèn)題，采用了將靶標(biāo)在視場(chǎng)范圍內(nèi)自由移動(dòng)的辦法。通過(guò)靶標(biāo)的自由移動(dòng)，攝像機(jī)拍攝到多組圖像數(shù)據(jù)

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

4、補(bǔ)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(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)基于單目視覺(jué)的水下線結(jié)構(gòu)光測(cè)量。4、開(kāi)發(fā)了基于單目視覺(jué)的水下線結(jié)構(gòu)光測(cè)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(dòng)程序，在VisualC6.0軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)標(biāo)定、線結(jié)構(gòu)光標(biāo)定、水下線結(jié)構(gòu)光測(cè)量和折射補(bǔ)償?shù)乃惴▽?shí)現(xiàn)，以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定和水下測(cè)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(cè)量系統(tǒng)模型，提出了針對(duì)該模型的折射補(bǔ)償方法，設(shè)計(jì)了基于單目視覺(jué)的水下線結(jié)構(gòu)光測(cè)量方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該測(cè)量方法的準(zhǔn)確性和可靠性。關(guān)鍵字：?jiǎn)文恳曈X(jué)；線結(jié)構(gòu)光；水下測(cè)量；折射補(bǔ)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