[发明专利]用于水下双目视觉测量系统的标定方法

说明书

本发明属于水下探测和测量技术领域，旨在解决现有水下双目视觉测量系统不具有一般性，无法应用于精度较高的场合，因而不能满足所有水下探测以及测量需求的问题。为此，本发明提供了一种用于水下双目视觉测量系统的标定方法，在空气中对双目相机进行标定，获取内参数矩阵和畸变参数；在水下利用双目相机拍摄棋盘格的图像并进行畸变校正，检测得到棋盘格角点，通过水下折射关系测量角点位置坐标；根据棋盘格角点间相对位置关系设计优化目标，用多目标优化完成水下双目视觉测量系统的标定。本发明可以提高水下双目视觉测量系统的测量精度，使其能够满足精度较高场合的需求，提高水下双目视觉测量系统的一般性，能满足所有水下探测以及测量需求。

技术领域

本发明属于水下探测和测量技术领域，具体提供一种用于水下双目视觉测量系统的标定方法。

背景技术

作为海洋探测技术的一个重要分支，基于水下机器人的水下探测正在被广泛使用。在利用机器人视觉技术的水下探测和测量中，由于视觉系统多由防水仓保护，导致光线在进入相机时发生两次折射，在空气中的相机标定技术无法直接应用于水下相机的标定。

针对折射对相机成像过程中的影响，现有技术中关于这个问题的解决方法可以大致分为五类，第一类是物理方法，通过设计特殊的光学部件抵消折射现象，此方法对光学部件的工艺要求很高，不便于生产制造；第二类是采用辅助平面的方法，即通过一个辅助标定板确定光线入射时的方向向量，但是此方法的操作比较复杂，不适用于推广应用；第三类方法把折射当成焦距变化，但是采用此方法在光线入射角度大时误差也会很大，从而造成测量偏差较大；第四类是把水下折射的误差看作镜头畸变，对图像进行校正处理，这种方法是继续使用了线性的小孔成像模型，误差依旧很大；第五类是建立水下相机的折射模型，进行水下相机的标定，这种方式的准确性更高。

在国内，已经有许多公司和大学的研究人员对水下相机折射模型开展了广泛的研究，并提出了基于多层平面折射几何的水下相机标定方法和基于粒子群的水下测量系统标定等方法，例如在专利申请号为CN201511019268.0的专利中，提出了一种水下相机标定方法，该专利虽然考虑到了水下折射的影响，但是其方法是假设相机成像平面法向量与折射平面法向量平行，并且忽略了防水仓的壁厚，因此不具有一般性，即在精度较高的应用场合无法应用，不能满足所有水下探测以及测量的需求。

因此，本领域需要一种新的用于水下双目视觉测量系统的标定方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有水下双目视觉测量系统不具有一般性，无法应用于精度较高的场合，因而不能满足所有水下探测以及测量需求的问题。本发明提供了一种用于水下双目视觉测量系统的标定方法，该水下双目视觉测量系统包括位于左侧的第一相机和位于右侧的第二相机，该标定方法包括：

在空气中对第一相机和第二相机进行标定，得出第一相机和第二相机的内参数矩阵、畸变系数以及第一相机和第二相机之间的位姿变换矩阵；

在水下通过第一相机和第二相机拍摄棋盘格的图像；

通过第一相机的内参数矩阵、第一相机的畸变系数对第一相机的图像进行畸变校正，通过第二相机的内参数矩阵、第二相机的畸变系数对第二相机的图像进行畸变校正；

采用角点检测的方法，得到棋盘格角点在第一相机的图像上的坐标以及棋盘格角点在第二相机的图像上的坐标；

获取角点位置坐标的测量值；

使用标定板棋盘格角点的相对位置关系设计标定过程的优化目标，通过多目标优化对所述水下双目视觉测量系统进行标定。

在上述标定方法的优选技术方案中，在“在空气中对第一相机和第二相机进行标定，得出第一相机和第二相机的内参数矩阵、畸变系数以及第一相机和第二相机之间的位姿变换矩阵”的步骤之前，所述标定方法还包括：

设定第一相机和第二相机在水下的预估参数值。