已标定摄像机下水中物体的三维度量.pdf

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1、分类号密级公幵编号硬士蚵究嗲像儉式题目标定摄像机下水中物！体的三维学院（所、中心）数学与统计学院专业名称计算数学研究生姓名杨玉静学号导师姓名赵越职称副教授年月扉页论文独创性声明及使用授权本论文是作者在导师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，不存在剽窃或抄袭行为。与作者一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。现就论文的使用对云南大学授权如下：学校有权保留本论文（含电子版），也可以釆用影印、缩印或其他复制手段保存论文；学校有权公布论文的全部或部分内容，可以将论文用于查阅或借阅服务；学校有

2、权向有关机构送交学位论文用于学术规范审查、社会监督或评奖；学校有权将学位论文的全部或部分内容录入有关数据库用于检索服务。内部或保密的论文在解密后应遵循此规定）：左期研究生签名导师签名：摘要水中资源的开发与利用离不开水中物体的三维度量技术。本文在学习和讨论了国内外学者对水中物体三维度量研宄的基础上，利用针孔摄像机的成像模型，根据水中物体的成像原理，提出了一种求解水中被测点三维坐标的方法，并通过仿真和真实实验验证了该方法的可行性和稳定性。本文研宄的主要内容如下：首先在针孔成像模型的基础上，通过分析光在水中的折射，建立了水中物体在针孔摄像机下的成像模型，同时研究了从摄像机图像坐标系到三维世界

3、坐标系之间的变换。然后在已标定摄像机下，根据摄像机图像坐标系到三维世界坐标系之间的位置关系，采用平面网格作为标定模板，通过紀标上的特征点与其像点的关系及旋转矩阵的正交性，可得摄像机光轴与水平面的夹角、旋转矩阵、平移向量和光心沿光轴方向到折射面的距离。通过摄像机图像坐标系到三维世界坐标系之间的位置关系，获得了折射点及入射光线方向的单位向量，从而得到了摄像机在两个不同位置下对水中同一被测点的入射光线的方程，它们的交点就是水中被测点在世界坐标系下的三维坐标。利用软件对文中算法进行了仿真实验和真实实验，验证了该算法的可行性。关键词：水中物体；三维坐标度量；针孔摄像机；斯涅尔定律Abstract

4、Thedevelopmentandutilizationofwatersourcesisdependentonthethreedimensionalmeasurementofwaterobject.Basedonthestudyanddiscussesofthedomesticandforeignscholarsonthethree-dimensionalmeasurementofwaterobjects,usingthepinholeimagingmodelofcameraandaccordingtotheimagingprincipleofwaterobjects，，，，目录摘要绪

5、论研究背景国内外研究现状本文研究的主要内容本文的组织结构第二章基础知识针孔摄像机，单应矩阵斯涅尔定律本研宄相关的前期算法第三章水中物体的三维度量水中被测点的折射成像模型求解被测点的三维坐标算法步骤第四章实验仿真实验真实实验第五章总结与展望麵第一章绪论第一章绪论研究背景计算机视觉，其研宄内容是利用计算机模拟人眼的视觉功能，使计算机具有通过二维图像认知三维世界的能力。这种能力不仅包括使机器能感知三维环境中的几何信息，包括它的形状、位置、姿态、运动等，而且能对它们进行描述、存储、识别及理解。让计算机具有和人类一样的视觉，并像人类一样利用视觉感知外部世界，是人类多年以来的梦想。随着计算机技术的

6、不断发展，计算机视觉很快地发展成一套独立的计算理论与算法体系。在世纪年代，麻省理工大学教授提出了计算机理论基本层次和视觉理论的基本框架。教授首次从信息处理的角度系统地综合了图像处理、心理物理学、神经生理学及临床精神病学的研宄成果，提出了至今为止比较完善的视觉理论框架。这一理论框架可分为三个阶段：第一阶段是将输入的原始图像进行特征提取形成基元图；第二阶段是利用输入图像和要素图来恢复二维半图；最后一个阶段是一个完整的三维表述，其利用输入图像、基元图、二维半图来恢复、表示和识别三维物体。这一框架促进了计算机视觉研宄领域的快速发展，积极推动这一领域的研究，并成为这一领域的重要理论。计算机视觉是

7、一门综合性的学科，它吸引了各个学科的研究者对它进行研宄。随着计算机视觉技术和数值化技术的发展，计算机视觉研宄的内容很广泛，如根据系统模型来研宄系统的结构、研究立体视觉等；也可以应用到各个领域中，如视觉监控、移动机器人导航、虚拟现实与数字可视化等。计算机视觉的基本任务之一是从摄像机获取的图像信息出发计算三维空间中物体的几何信息，并由此重建和识别物体。为确立空间物体表面某点的三维几何位置与在图像中相对应点的二维几何位置之间的相互关系，须建立摄像机成