基于双目立体视觉的水下三维重建技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于双目立体视觉的水下三维重建技术研究硕士研究生：乔金鹤指导教师：魏延辉副教授学科、专业：仪器科学与技术论文主审人：张晓宇教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于双目立体视觉的水下三维重建技术研究硕士研究生：乔金鹤指导教师：魏延辉副教授学位级别：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年3月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngRe

2、searchonUnderwater3DReconstructionbasedonBinocularStereoVisionCandidate:QiaoJinheSupervisor:AssociatePro.WeiYanhuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:InstrumentscienceandtechnologyDateofSubmission:Mar.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUn

3、iversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送

4、交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于双目立体视觉的水下三维重建技术研究摘要随着海洋资源的不断开发与利用，水下机器人技术得以迅速发展，水下的视觉系统也随之发展。由于视觉系统的非接

5、触测量方式、信息量大、成本低等特点成为水下设备的重要组成部分。水下三维重建技术广泛用于水下自主航行器作业、海底勘查、管道维修以及水下目标识别等领域，水下三维重建技术的发展有重要的学术意义和实用价值。本论文意在将双目视觉系统应用于水下，进行水下场景三维重建，为水下机器人作业提供作业目标的位置信息。双目视觉是模仿人类的双眼去观察同一个场景，结合摄像机的成像原理，用双目去观测同一物体并求取视差，利用三角测量原理还原三维空间物体的深度信息。通常，一个完整的双目视觉三维重建系统由六个部分组成：图像采集、摄像机标定、图像特征提取、立体匹配、深度信息计算和物体表面三维重建。首先，论文从摄

6、像机的成像模型出发，建立四个坐标系，并给出坐标系间的转换关系。然后将摄像机标定方法进行分类并介绍每一种标定方法的适用场景。最后给出了张正友标定法，推导了摄像机内外参数的解算方法。其次，分析水下图像的特点和处理的难点。在图像增强处理中，尝试采用三种平滑处理方法，通过实验对比，选择最好的处理方法；介绍了两种锐化方法和直方图均衡化来增强对比度，然后提出了一种将同态滤波和直方图均衡化相结合的改进去雾算法。在图像复原处理中，建立图像退化模型，采用三种滤波方法，在有约束最小二乘滤波法基础上进行了改进，使得图像的复原效果达到了理想的效果。再次，介绍了两种传统的角点检测方法：Harris角

7、点检测和FAST特征点检测法，并在Harris角点检测理论中引入了X与Y方向上曲线拟合的方法，将波峰点看作角点，通过实验验证了此方法优于传统的角点检测法。在立体匹配中，详细介绍了匹配算法的分类和立体匹配的关键技术，总结了其中的四种匹配规则，并着重介绍了外极限约束的原理，然后给出了相似性测度的概念。在立体匹配方面，提出了一种全局的立体匹配方法动态规划立体匹配法，并进行验证求取了深度图。最后，推导了在平行和非平行两种模型下目标物体的三维坐标解算方法，在OPENGL平台上，运用三角剖分法对物体表面进行三维重建，根据这些数