针对水下环境中因光线折射、水体浑浊等产生的物体特征点难以提取的问题,设计了一种利用线结构光阵列提供视觉特征的水下双目测量系统,通过提取光条中心获得大量特征点。推导建立水下双目光路折射模型,并提出一种改进的外极线匹配方法,用于获得特征点三维坐标,实现了水下物体的测量和三维形貌还原。实验结果表明,所提方法对水下物体的测量精度与陆上相当,测量误差在0.3 mm以内,满足测量精度要求。系统测量过程快速准确,适用于水下实时定位测量。
测量 水下双目视觉 线结构光 光路折射模型 匹配 水下测量
1 海军潜艇学院, 山东 青岛 266042
2 海军92330部队, 山东 青岛 266102
3 中国科学院海洋研究所, 山东 青岛 266071
4 中国科学院大学, 北京 100049
基于虚拟潜望镜技术的成像探测机理,分析了海面斜率变化和白冠对菲涅耳窗口图像的影响,提出了基于菲涅耳窗口图像破碎环带宽度和白冠像素群出现概率的海况等级解算模型。利用该模型,可通过对菲涅尔窗口图像的数字图像处理完成海况的解算,具有被动、自动等特点。该方法可用于水下载运平台对海况的光电成像隐蔽测量,为虚拟潜望镜技术的应用拓展提供支撑。
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为了对水下物体进行高速度、大范围的三维测量,提出了水下线结构光自扫描三维测量技术。采用振镜将激光面反射到被测空间,激光面与被测物体相交形成光条并被摄像机拍摄,根据像面上光条中每一点的位置计算出该点由于折射产生的偏移大小并加以补偿。再利用考虑折射后的光平面水中部分在振镜坐标系下的方程,求出物体表面的三维坐标。实验结果表明,所提出的水下自扫描系统模型及水下三维测量方法可行,在深度为0.5-1 m,测量高度为0.5 m,测量宽度为0.6 m的空间内测量精度达到0.7 mm。
水下测量 视觉探测 线结构光自扫描 激光三角法 折射
