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《基于水下三维结构光的视觉测量方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第27卷第6期大连海洋大学学报Vol.27No.62012年12月JOURNALOFDALIANOCEANUNIVERSITYDec.2012文章编号:2095-1388(2012)06-0583-04基于水下三维结构光的视觉测量方法研究122李擎,何东钢,李响摇摇摇(1.国网电力科学研究院通信与用电技术分公司智能用电终端业务部,北京100094;2.大连海洋大学辽宁省海洋信息技术重点实验室,辽宁大连116023)摘要:基于结构光测量和小孔成像视觉的特点,用摄像机和投影仪所组成的三维结构光测量系统来进行水下三维视觉测量并获得水下空间中特征点的三维信息。利用结构光的双目视觉方法实
2、现了对物体的三维测量,在世界坐标系中建立了此方法的数学模型,并获得摄像机和投影仪的内外参数。实验证明,当目标物体放置在距离摄像机光心2郾50m处,摄像机和投影仪光心相距为26郾50cm时,进行深度测量的精度可以达到0郾5mm,基本满足测量需求。关键词:水下测量;双目视觉;摄像机标定;投影仪标定中图分类号:TP391郾4摇摇摇摇文献标志码:A[10-11]摇摇水下目标探测和人工结构物的精确测量(如理,测量使用一台投影仪和一台摄像机组成水雷探测、海底地形探测、水底考古研究等)是的三维结构光系统,采用该系统既可以根据双目视中国探测技术较薄弱的环节。传统上声纳技术是检觉测量原理利用所建
3、立的数学模型进行测量,又可测水下目标的有效方法。但是由于水声的固有特利用投影仪中结构光具有的唯一性和特征性,解决性,声纳技术主要关注声传播的时间和幅度,确定了双目视觉测量中像素匹配难的问题,实验证明,目标的位置和估计目标的大小,而不是精确目标三这是一种简捷、实用的测量方法。[1][2]维重构。立体视觉测量方法是利用图像创建1摇水下测量系统的建模或恢复现实世界模型来认知现实世界。水下结构光水下三维结构光测量系统主要由摄像机、投影测量包含信息量巨大,计算机视觉模仿人类的视觉仪、目标物体和计算机组成(图1)。投影仪向目系统,通过分析二维图像来获取三维世界的信[3][4]标物体投射出光
4、栅型结构光,由于物体表面的不平息。Mattos等采用声纳回波技术研究了水下跟整性,投影仪所投射的结构光会随着物体表面的起踪与测量目标,但未涉及图像结构光的测量。[5]伏发生变形,再由摄像机将该图像传回上位机中进Heikkila等研究了四步法精确标定摄像机与图像行处理。校正技术,对结构光学精确测量技术进行了阐述,[6]设三维空间中的一点在世界坐标系中的坐标为但对水下环境没有进行讨论。Kim等和Zhang等[7]分别研究了自然环境中无线红外传感器测距(xw,yw,zw),在摄像机坐标系中的坐标为(xc,y,z),在摄像机成像面上所形成图像的二维理方法和水下二维光栅图案投影水下对象的
5、三维形状cc想坐标为(x,y),在摄像机成像面上所形成图测量方法,但对投影仪和摄像机联合标定与测量的uu[8]像的二维实际坐标为(X,Y),摄像机的焦距为研究较少。毛迟应用结构光技术使物体表面光[12]f。设摄像机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩形状调制而发生变形,再用摄像机将其拍摄下来,阵R和平移矩阵T分别为但对投影仪标定没有进行深入研究。Bevilacquacc等[9]通过所建立的数学模型研究了采用圆形标定ær1r2r3öætxöç÷ç÷板和相关图像处理技术来恢复物体的三维信息。摇摇摇Rc=çr4r5r6÷,摇Tc=çty÷。(1)ç÷ç÷本研究中,作者基于摄像机标定方法和测
6、量原èr7r8r9øètzø摇收稿日期:2012-09-28摇基金项目:国家自然科学基金资助项目(61072035);辽宁省海洋与渔业厅项目(2011027)摇作者简介:李擎(1980-),男,助理工程师。E-mail:lq801001@126郾com摇通信作者:何东钢(1972-),女,高级实验师。E-mail:hdg@dlou郾edu郾cn584大连海洋大学学报摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇第27卷图3摇图像物理平面与像素平面之间的关系图1摇结构光三维视觉原理示意图Fig郾3摇TherelationshipbetweenthepicturephysicalFig郾1摇Schema
7、ticdiagramofstructuredlight3Dvisionplaneandpixelplanes对任意一点V(x,y,z),在世界坐标系下的www像素平面上的坐标(u,v)有如下转化关系:坐标和在摄像机坐标系下的坐标有如下关系:ìXïu=+u0æxcöæxwöïdxç÷ç÷摇摇摇摇摇摇í。(5)摇摇摇摇摇摇çyc÷=Rcçyw÷+Tc。(2)ïv=Y+vç÷ç÷ïd0zzîyècøèwø运用光学成像原理,在摄像机坐标系下,坐标写成齐次坐标的矩阵形式为为(x,y,z)的一点P与图像
