基于双目立体视觉的水下三维定位研究

论文摘要

我们国家海域辽阔,海洋物种繁多,海底地貌复杂多样,油气资源丰富,开发和利用海洋资源已经成为我国建设海洋强国的必由之路。对水下目标的精确定位也成为急需解决的问题。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,降低了定位精度。针对以上问题,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。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。结合非均匀光场,我利用双目视觉技术,来获取水中目标的三维世界景物的姿态、形态、运动和深度等信息,从而实现水下目标的精确定位。本文首先分别介绍了目前水下图像探测和双目立体视觉的主要技术及发展现状,其次介绍了目前水下非均匀光场目标探测方法以及以集束光源为手段建立的水下探测系统,然后详细的介绍了双目立体视觉技术,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。最后利用我们设计的水下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水下物体的距离信息,对下一步实验进行了实验方案的设计和完善,并针对实验结果对本系统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 水下视觉技术的发展及现状
• 2 双目立体视觉技术的发展及现状
• 3 水下非均匀光场目标探测方法及非均匀光场的建立
• 3.1 水下非均匀光场目标探测方法
• 3.1.1 普通光源水下探测系统
• 3.1.2 偏振技术
• 3.2 建立水下非均匀光场
• 4 双目立体视觉系统
• 4.1 双目立体视觉基本原理
• 4.2 双目立体视觉系统的结构
• 4.2.1 图像采集的相关软硬件介绍
• 4.2.2 图像获取
• 4.2.3 摄像机标定
• 4.2.4 图像处理
• 4.2.5 立体匹配
• 4.2.6 三维信息获取
• 4.3 双目立体视觉模型
• 4.3.1 摄像机成像模型
• 4.3.2 针孔成像几何模型
• 4.3.3 非线性模型
• 4.4 摄像机标定
• 4.5 立体匹配
• 4.5.1 立体匹配的原理
• 4.5.2 立体匹配方法
• 4.6 三维坐标计算
• 5 实验过程及结果
• 5.1 同步图像采集
• 5.2 双目标定
• 5.3 图像预处理与立体匹配
• 5.4 三维坐标获取
• 实验
• 5.5 实验结果分析
• 5.6 水下非均匀光场双目立体视觉三维定位技术实验设计
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢