水下双目立体视觉三维定位技术研究

论文摘要

普通光源在水中照明时,由于水介质和水中微粒的吸收和散射,光能量损耗很多,而且产生严重的散射光,降低了成像质量。针对以上问题,我们提出一种新的水下目标图像探测方法——非均匀光场水下目标图像探测方法,并在此基础上我们提出了一种理想的分布光场模式,即在水下三维空间坐标轴上按所在水介质光衰减规律分布的非均匀照明光场。该光场有效的降低了后向散射光的影响,能获得较远的水下探测距离。传统的单摄像机水下图像采集系统只能获取水中世界的二维信息,现在我们将双目立体视觉技术与以非均匀光场为理论基础的集束光源结合起来,以在较远的探测距离内获取水中三维世界景物的姿态、形态、运动和深度等信息。文章首先介绍了目前水下图像探测与双目立体视觉的主要技术及发展现状,其次提出了以非均匀光场探测原理为理论依据,以集束光源为手段建立的水下探测系统,然后对双目立体视觉技术做了详细的介绍,包括双目立体视觉原理、摄像机标定、立体匹配和三维坐标计算,利用我们自己搭建的双目立体视觉系统进行了的实验,实验结果表明本系统可以精确测量物体的形态与深度信息。文章最后对下一步实验进行了实验方案的设计,并针对实验结果对本文所用的匹配算法与软件提出了改进意见。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 水下视觉技术与双目立体视觉技术的发展及现状
• 1.1 水下视觉技术的发展
• 1.2 立体视觉技术发展
• 2 水下非均匀光场目标探测方法及非均匀光场的建立
• 2.1 水下非均匀光场目标探测方法
• 2.2 运用集束光建立水下非均匀光场
• 3 双目立体视觉系统
• 3.1 双目立体视觉基本原理
• 3.2 双目立体视觉系统的结构
• 3.2.1 图像采集的相关软硬件介绍
• 3.2.2 图像获取
• 3.2.3 摄像机标定
• 3.2.4 图像处理
• 3.2.5 立体匹配
• 3.2.6 三维信息获取
• 3.3 双目立体视觉模型
• 3.3.1 摄像机成像模型
• 3.3.2 针孔成像几何模型
• 3.3.3 非线性模型
• 3.5 摄像机标定
• 3.6 立体匹配
• 3.6.1 立体匹配的原理
• 3.6.2 立体匹配方法
• 3.8 三维坐标计算
• 4 实验过程及结果
• 4.1 同步图像采集
• 4.2 双目标定
• 4.3 图像预处理与立体匹配
• 4.4 三维坐标获取
• 4.4.1 实验一
• 4.4.2 实验二
• 4.4.3 实验三
• 4.5 实验结果分析
• 4.6 水下非均匀光场双目立体视觉三维定位技术实验设计
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文