水下摄像机的建模与标定技术分析

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1、水下摄像机的建模与标定技术研究捅要本文针对水下视觉测量技术对水下摄像机的建模与标定的需求，建立了一种水下摄像机模型，并提出了水下摄像机的标定方法。首先对线结构光三维测量技术进行了深入探讨：其次，通过分析水下摄像机的工作原理，建立了水下摄像机模型；然后分析了影响水下摄像机测量精度的主要参数，提出了水下摄像机的标定方法；最后设计了一种水下线结构光自扫描三维精确测量的方法，通过水下测量实验验证了水下摄像机模型及标定方法的可行性。本文的研究内容主要有以下几个方面：1．在理想的针孔透视变换模型的基础上，提出了考虑

2、折射的水下摄像机模型，建立了二维摄像机像面坐标系与三维世界坐标系之间的转换关系，并确定了需要标定的参数。2．提出了基于径向角度排列约束的水下摄像机标定方法，通过计算光线由水中的被测物体传入摄像机过程中受折射影响而产生的传播方向变化，建立了水中世界坐标系下的点与CCD像面点的非线性对应关系，利用平面网格靶标获取标定点，完成摄像机参数的标定。3．提出了水下自扫描三维测量方法，采用振镜将激光面反射到被测空间，激光面与被测物体相交形成光条并被摄像机拍摄，根据像面上光条中每一点的位置计算出该点由于折射产生的偏移的

3、大小，利用折射定律及激光三角法原理进行补偿。再利用考虑折射后的光平面水中部分在振镜坐标系下的方程，求出了物体表面的三维坐标。4．在WindowsXP系统平台上，运用VisualC++6．0软件开发环境，结合各硬件驱动程序开发了水下摄像机的标定及自扫描三维测量系统的控制软件，并进行了水下标定与测量实验。．本文的创新之处在于建立了一种考虑折射的水下摄像机模型，提出了针对该模型的水下摄像机标定方法，设计了水下自扫描三维测量方法并通过实验验证了水下摄像机模型及水下标定方法的可行性。关键词：三维测量；线结构光；水

4、下摄像机模型；水下摄像机标定；自扫描测量；折射』?StudyonModeIingandCaIibrationTechnoIogyofUnderwatertameraAbstractAccordingtothedemandforunderwatercameramodelingandcalibrationtechnologyofunderwatervisionmeasurement，amodelofunderwatercameraisestablishedandamethodofunderwatercame

5、racalibrationispresented．First，normallinestructured—lightmeasurementmethodisthoroughlydiscussed．Second，underwatercameramodelisestablishedbyanalyzingtheprincipleofunderwatercamera．Third，themainparamtersthatinfluencetheaccuracyofunderwatercameraisanalyseda

6、ndthecalibrationmethodispresented．Finally,anunderwaterlinestructured—lightself-scan3Dmeasurementmethodisdesigned．ThefeasibilityofunderwatercameramodelandunderwatercalibrationmethodiSverifiedbyexperimentalmeasurementresults．Themainworkinthedissertationcal

7、lbesummarizedasfollows：1．Basedonidealpinholeperspectivetransformationmodel，amathematicalmodelofunderwatercamera,inwhichtherefractionhasbeencompensated．iSbuilt．Thetransformationrelationshipbetweenimage-planecoordinatesystemandworldcoordinatesystemisestabl

8、ished，andparametersthatshouldbecalibratedaredetermined．2．Anunderwatercameracalibrationmethodbasedonrangeanglearrangementconstrainmethodispresented．Bycalculatingthechangesofpropagationdirectionoflightwhenittravelsfromwatert