深海是地球上最大的未知區(qū)域,蘊(yùn)藏著人類(lèi)社會(huì)未來(lái)發(fā)展所需的各種戰(zhàn)略物資和能源。實(shí)現(xiàn)海底地形地貌的高精度三維重建,可以為目標(biāo)識(shí)別、地質(zhì)勘查、礦藏估計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和潛水器路徑規(guī)劃等水下作業(yè)提供可靠依據(jù)。本文基于線(xiàn)結(jié)構(gòu)光法三維重建的原理,針對(duì)海底熱點(diǎn)科研區(qū)域（冷泉區(qū)、熱液區(qū)和礦產(chǎn)區(qū)等）,設(shè)計(jì)了由線(xiàn)激光器和攝像機(jī)組成的視覺(jué)傳感器,融合“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)與姿態(tài)信息,搭建深海三維重建系統(tǒng)。具體研究?jī)?nèi)容有:（1）本文針對(duì)拍攝的水下圖像特征,研討了基本的圖像處理算法,選擇高斯濾波對(duì)圖像降噪,使用腐蝕膨脹算法減少水中懸浮物的影響,通過(guò)伽馬矯正來(lái)增強(qiáng)圖像特征,達(dá)到圖像預(yù)處理的目的。（2）結(jié)構(gòu)光條紋中心線(xiàn)提取的準(zhǔn)確度決定了三維重建的精度,本文通過(guò)改進(jìn)的Steger算法,實(shí)現(xiàn)了亞像素級(jí)的中心線(xiàn)快速提取,通過(guò)程序檢測(cè)表明提取準(zhǔn)確度達(dá)到98%以上。（3）相機(jī)標(biāo)定是三維重建系統(tǒng)能否反映真實(shí)目標(biāo)特征的關(guān)鍵,本文根據(jù)射影幾何特性,使用直接標(biāo)定法計(jì)算圖像坐標(biāo),并與視覺(jué)傳感器的位移相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)像素坐標(biāo)向真實(shí)世界坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,直接標(biāo)定法的準(zhǔn)確度達(dá)到97%以上。（4）為了保證整個(gè)區(qū)域地形地貌重建的連續(xù)性... 

【文章來(lái)源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

水下三維重建分類(lèi)圖

青島科技大學(xué)碩士生學(xué)位論文72深海線(xiàn)結(jié)構(gòu)光三維重建原理線(xiàn)結(jié)構(gòu)光三維重建是主動(dòng)單目視覺(jué)法，本文基于光學(xué)三角法原理，設(shè)計(jì)視覺(jué)傳感器，采集海底地形地貌的特征變換，通過(guò)相機(jī)標(biāo)定，完成圖像中結(jié)構(gòu)光的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，并設(shè)計(jì)與潛水器的數(shù)據(jù)融合算法，形成區(qū)域點(diǎn)云坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)三維重建。2.1光學(xué)三角法原理光學(xué)三角法是通過(guò)激光器發(fā)射光束到被測(cè)目標(biāo)，使用圖像采集設(shè)備（相機(jī)、攝像機(jī)等）獲取有投影光線(xiàn)的圖像，根據(jù)三角測(cè)量原理計(jì)算激光器到被測(cè)目標(biāo)距離的方法。三角法測(cè)量分為直射式和斜射式，直射式原理如圖2-1所示。是被測(cè)目標(biāo)的基準(zhǔn)面，是目標(biāo)表面高度變化后的光線(xiàn)位移面，激光由投射器垂直投影到基準(zhǔn)面O點(diǎn)，P點(diǎn)為O點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像平面點(diǎn)，接收到的光束反射角為，O點(diǎn)、P點(diǎn)到透鏡中心的距離分別為m、n，則有如下關(guān)系：圖2-1直射式三維測(cè)量原理圖Figure2-1Principlediagramofdirect3Dmeasurement(2-1)(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)ll￠qsinrma=22cosmrma-=cosryb=coscos(())2pb=p-q--a22mrnrx-=

取含有畸變條紋的圖像，激光器和攝像機(jī)組成視覺(jué)傳感器；然后，進(jìn)行水下圖像的預(yù)處理，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)光中心線(xiàn)提取算法，確定激光線(xiàn)的中心像素坐標(biāo)；再采用標(biāo)定面直接標(biāo)定法，將圖像的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為世界坐標(biāo)；之后，與載人潛水器的多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，計(jì)算出潛水器的導(dǎo)航坐標(biāo)和姿態(tài)信息，根據(jù)導(dǎo)航坐標(biāo)將圖像統(tǒng)一到唯一的固定世界坐標(biāo)系下，根據(jù)姿態(tài)角度進(jìn)行圖像的側(cè)傾、縱傾和轉(zhuǎn)向矯正；最后，保持激光器和攝像機(jī)的相對(duì)位置不變，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行掃描，獲取完整的點(diǎn)云信息，實(shí)現(xiàn)三維重建。視覺(jué)傳感器示意圖和三維重建系統(tǒng)組成如圖2-2和圖2-3所示：圖2-2視覺(jué)傳感器示意圖Figure2-2Visualsensorschematic

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[4]線(xiàn)結(jié)構(gòu)光三維傳感中關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 吳慶陽(yáng).四川大學(xué) 2006
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碩士論文
[1]基于結(jié)構(gòu)光視覺(jué)的非合作目標(biāo)位姿估計(jì)與三維重構(gòu)研究[D]. 祝寧宇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2019
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[3]基于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)光的三維重建技術(shù)研究[D]. 孫佳睿.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[4]基于雙目立體視覺(jué)的水下高精度三維重建方法[D]. 魏景陽(yáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[5]深海載人潛水器組合導(dǎo)航誤差補(bǔ)償算法研究[D]. 王冠群.東北大學(xué) 2015
[6]長(zhǎng)基線(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)濾波算法的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 林燕平.沈陽(yáng)理工大學(xué) 2015
[7]基于線(xiàn)結(jié)構(gòu)光掃描的水下三維重建技術(shù)[D]. 冀光強(qiáng).中國(guó)海洋大學(xué) 2013
[8]雙邊濾波算法的快速實(shí)現(xiàn)及其在圖像處理的應(yīng)用[D]. 李俊峰.南方醫(yī)科大學(xué) 2013
[9]基于雙目立體視覺(jué)的水下三維重建[D]. 王玲玲.浙江大學(xué) 2011
[10]相機(jī)標(biāo)定與三維重建技術(shù)研究[D]. 李云翔.青島大學(xué) 2009



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