[发明专利]水下立体视觉系统球面折射矫正方法、电子设备

说明书

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种水下立体视觉系统球面折射矫正方法、电子设备，旨在解决现有技术中的水下视觉测量不精确的问题，方法包括使用待标定的立体视觉系统在水下采集标准棋盘格的图像；基于采集的水下棋盘格图像结合折射参数标定算法获得球面折射参数；从水下立体视觉系统采集的图像选择目标，获得目标在左右成像平面的坐标；基于目标在左右成像平面的坐标以及球面折射参数，通过求解逆光路球面折射模型获得目标在左相机坐标系下的空间位置坐标；本发明针对水下双目立体视觉系统中球面折射矫正问题，通过搭建逆光路球面折射模型，结合优化算法求解折射参数，实现水下视觉精确测量任务。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种水下立体视觉系统球面折射矫正方法、电子设备。

背景技术

近年来，水下视觉系统被广泛应用于水下建图、导航和监测等领域。相比于声纳、结构光等其它水下传感器，视觉传感器具有体积小、能耗低、收集信息丰富等诸多优势。通过装备水下视觉系统，水下航行器等水下作业设备可以有效提高自身环境感知能力和作业能力。但是水下视觉系统通常会受到光的散射和折射带来的不良影响，其中光在防水舱窗口表面产生的折射会严重影响水下视觉系统的测量精度。而广泛应用于水下机器人的球面防水窗口导致的测量误差尤为严重，且没有得到妥善解决。

随着视觉传感器的发展和水下视觉系统的广泛应用，水下折射矫正已成为水下视觉测量领域的研究热点。通过对水下折射进行有效的矫正从而获得精确的水下测量结果能够进一步提高水下作业设备的环境感知能力，为水下自主作业的研究和发展奠定坚实的基础。目前，已有的水下折射矫正方法根据实现原理可以分为三大类：畸变矫正方法、几何矫正方法和透视中心偏移法。其中畸变矫正的方法通过直接标定折射导致的图像畸变对水下折射进行矫正，但是其已经被证明不能完全消除折射造成的测量误差；几何矫正方法则通过对折射模型进行几何建模实现目标位置的求解，理论上可以获得更好的矫正结果，但是其严重依赖于精确的折射参数；透视中心偏移法是几何校正方法的一种变体，同样会受到折射参数设定的严重影响。在水下折射矫正相关研究中，Sedlazeck和Koch在已知折射参数的情况下提出了一种实用的平面折射矫正方法，并将其用于水下三维作业。针对折射参数标定问题，Agrawal等人基于单一轴向相机模型提出了一种折射参数的估计方法。Kong等人在平面折射模型的基础上将折射参数的标定问题转化为多目标优化问题，并取得了稳定的效果。

随着水下自主作业航行器的迅速发展，双目立体视觉系统被广泛应用，但是该场景下的球面折射矫正问题并没有得到妥善解决。

发明内容

为了解决上述问题，即为了解决现有技术中的水下视觉测量不精确的问题，本发明提供了一种水下立体视觉系统球面折射矫正方法、电子设备。

本发明的第一方面提供了一种水下立体视觉系统球面折射矫正方法，该方法包括以下步骤：步骤S100，使用待标定的立体视觉系统在水下采集标准棋盘格的图像；

步骤S200，基于采集的所述水下棋盘格图像结合折射参数标定算法获得球面折射参数；

步骤S300，从水下立体视觉系统采集的图像选择目标，获得目标在左右成像平面的坐标；

步骤S400，基于目标在左右成像平面的坐标以及球面折射参数，通过求解逆光路球面折射模型获得目标图像中预设点对应的从相机光心到目标之间完整的逆向光路，求解左右相机对应光路的交点位置获得目标在空间中的精确坐标。

在一些优选实施例中，步骤S200中的所述折射参数标定算法具体包括以下步骤：步骤S10，应用张氏标定法对使用的双目相机进行标定，获得相机内参数矩阵和相机外参数矩阵；

步骤S20，对标准棋盘格的图像进行角点检测，获得角点在左右成像平面的坐标