為滿足深海物體原位三維測量需要,提出一種激光掃描雙目立體視覺成像方法。該方法基于雙目立體視覺原理,采用四維光場光線表示法,建立水下雙目立體成像系統(tǒng)的測量模型;采用激光線掃描光條作為像素匹配線索,及基于共面約束的像素匹配算法,提高水下左、右兩個相機圖像像素匹配精度。通過耐高壓結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣和軟件設(shè)計,建立起相應(yīng)的工程樣機。靜水壓力試驗表明,該工程樣機能夠適應(yīng)4 000 m深海靜水壓力;實驗室精度試驗,采用標(biāo)準(zhǔn)球棒為測量對象,在距離樣機3 m處,多次掃描三維重建后,得到兩靶球球心距測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差為2.28 mm;南海真實海域?qū)崪y試驗,表明樣機具有深海原位三維測量重建功能,且在距離樣機2 m處,對標(biāo)準(zhǔn)球棒兩球心距測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差為2.22 mm。上述研究和試驗表明,研制的激光掃描雙目立體視覺成像系統(tǒng),具備深海原位測量功能,具有較高三維測量精度。 

【文章來源】：儀器儀表學(xué)報. 2020,41(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

水下雙目立體視覺測量模型

不同于空氣中的雙目立體視覺系統(tǒng),水下雙目立體視覺測量模型是一個多界面折射系統(tǒng),存在空氣、窗口玻璃、水3種介質(zhì)。為描述光線在不同界面和介質(zhì)中的折射和傳播,本文采用四維參數(shù)化光場 L= [ u v s t ] Τ 表示光線[17],如圖2所示。光線ood穿過距離為1個單位長度的兩平行平面,并與兩個平面分別交于點o和od。其中,矩陣 [ u v ] Τ 用來表示光線的位置點o,以記錄光線的位置信息,矩陣 [ s t ] Τ 用來表示光線方向向量 o ′ o d → ,以記錄光線的方向信息。以光場的四維參數(shù)化矩陣方式表示光線,方便記錄和追蹤光線在水下傳播過程中的方向信息和位置信息[18],能夠直觀地描述因受折射和傳播距離影響的水下雙目立體視覺成像模型。

由于水下散射等原因,不可避免導(dǎo)致圖像質(zhì)量降低。為提高雙目視覺像素匹配精度,采用線激光照射到被測物體表面作為左右相機像素匹配線索[19],如圖3所示。激光器發(fā)出一線結(jié)構(gòu)光,經(jīng)平面鏡反射,透過光學(xué)窗片1,投射于被測目標(biāo)物,并形成由被測物體表面形狀所調(diào)制的變形光條。變形光條漫反射光穿過光學(xué)窗片2、3,并被左、右相機記錄。由雙目視覺成像原理,只要得到物體上照明光條每一點在左右相機圖像上的匹配點,即可得到物體表面的三維坐標(biāo)。通過平面反射鏡的轉(zhuǎn)動,線結(jié)構(gòu)光快速掃過被測目標(biāo)物的表面,可以完整地構(gòu)建被測目標(biāo)物表面的三維點云圖像,進而提取出被測物體表面的特征數(shù)據(jù)。由于光線在傳播過程中發(fā)生折射,導(dǎo)致兩相機行平面上的像素不符合空氣中的極線約束條件[20]。為此,分析了水下掃描系統(tǒng)成像中的共面約束,并提出利用降維和混合積來快速匹配左右相機像素的方法,提高了匹配的速度和精度。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3563887