[发明专利]一种水下立体视觉系统的标定方法

说明书

本发明公开一种水下立体视觉系统的标定方法，包括如下步骤：S101、在水下环境中，使用由内参已知的相机构成的立体视觉系统拍摄若干平面标定板的图像，提取所述图像的特征点，并对特征点进行畸变校正；S102、根据折射光路的几何关系构造代价函数，任意选取立体视觉系统中的一个相机并对该相机的折射参数进行标定；S103、根据已完成标定的相机的折射参数，基于上述代价函数标定立体视觉系统中未标定相机的折射参数及立体视觉系统的外参。本发明使用平面标定板，提高了标定精度；基于多层折射模型，不存在系统误差，描述精度高，既能用于水下单相机的折射参数标定，也能用于水下立体视觉系统及水下多相机系统折射参数和外参的标定。

技术领域

本发明涉及水下相机标定技术领域，尤其涉及一种水下立体视觉系统的标定方法。

背景技术

在水下环境中，成像光线将依次通过水、滤波片、空气这三层折射介质。现有的方法常将传统的相机模型应用到这种折射系统中，使用径向畸变系数来校正折射造成的偏差。然而，折射对不同像素点产生偏差的影响是不同的，使用传统的相机模型会产生明显的误差，尤其是在水下这种高折射率的环境中。传统水下相机标定普遍存在标定方法错复杂，标定耗时长，标定精度低，无法进行水下立体视觉标定的问题。

发明内容

本发明的目的在于通过一种水下立体视觉系统的标定方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种水下立体视觉系统的标定方法，其包括如下步骤：

S101、在水下环境中，使用由内参已知的相机构成的立体视觉系统拍摄若干平面标定板的图像，提取所述图像的特征点，并对所述特征点进行畸变校正；

S102、根据折射光路的几何关系构造代价函数，任意选取立体视觉系统中的一个相机并对该相机的折射参数进行标定；

S103、根据步骤S102中已完成标定的相机的折射参数，基于上述代价函数标定立体视觉系统中未标定相机的折射参数及立体视觉系统的外参。

特别地，所述步骤S101包括：在水下环境中，使用由内参已知的相机构成的立体视觉系统拍摄若干平面标定板的图像，提取所述图像的特征点，并对所述特征点进行畸变校正，得到校正后特征点的坐标，根据所述校正后特征点的坐标和相机的内参矩阵计算得到第一介质层光路的方向。

特别地，所述步骤S102包括：基于物点到折射主轴的距离构造代价函数，基于所述代价函数进行优化标定出相机的折射参数。

特别地，所述步骤S103还包括：根据已完成标定的相机的折射参数，对水下多相机系统中未标定相机的折射参数进行标定，直至标定出多相机系统中所有相机的折射参数和外参。

特别地，所述步骤S102具体包括：设折射参数包括(A d μr t)，其中A为折射平面的法线方向；d为矢量，表示各个介质层的厚度；μ也是矢量，表示各个介质层的折射率；r和t也是矢量，表示平面标定板图像在世界坐标系的姿态和位置；在有M幅图像存在时，r＝[r₁r₂ … r_M]，r_m为每幅图像的罗德里格旋转向量，m＝1,2,…,M；

折射主轴为经过相机光心C垂直于折射平面的射线，设物点P在世界坐标系下的坐标为P_w，在相机坐标系下的坐标为P_c，物点P到折射主轴的距离P_c⊥表示为：

P_c⊥＝P_c-dot(P_c,A)A (1)

设共有K个介质层，物点P到折射主轴的距离P_c⊥又可以表示为：