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。

针对用非平行双目视觉系统进行水下拍摄测量时,由于折射所导致的测量误差较大、精度不高的问题,建立了基于折射光路的水下双目视觉系统测量模型,并以Agrawal方法为基础,在已知两摄像机相对位置关系的前提下,对该测量模型参数标定的方法进行了改进。为验证改进的Agrawal方法的可靠性,与Agrawal方法进行水下标定对比实验。结果表明,相较于Agrawal标定算法得到的防水罩法向量这一模型参数,提出的改进算法的结果与真实值更为接近。在此基础上,应用标定后的水下双目视觉系统测量模型对水下靶标标定点间的标准距离进行测量,测量误差平均值为-0.0134 mm,最大误差为0.2073 mm,与空气中双目视觉系统测量精度相当。

为了解决目前深海生物探索中存在的“有观无测”问题,提出并研发了基于立体视觉的深海生物原位观测系统。深入研究了水下三维视觉的关键技术,解决了水下视觉系统标定问题。针对游动生物扭曲段高精度测量,提出了一种基于Ramer算法的鱼类轮廓分段测量算法。结合特征匹配算法及极线约束条件完成匹配工作。基于所研制的搭载三维视觉系统的深海水下作业平台开展了试验，结果表明，在1.5m的工作距离条件下,水下测量精度为1.0mm。

燃料组件变形状态是堆芯运行过程中的重要监测指标, 基于水下双目视觉的变形检测系统不仅能获得燃料组件关键参数的三维尺寸, 还可以测量组件的整体轮廓。根据水下大型燃料组件的高热、高辐射特点, 研制了一种基于16台摄像单元的水下双目检测系统, 并给出各组成模块的详细设计; 通过联合Harris特征点和区域灰度互相关方法, 实现辐射噪声干扰下的双目摄像模块的组内快速图像配准。经模拟水池和核电现场实验, 验证系统局部参数测量精度优于0.2 mm, 全局参数测量精度满足0.5 mm, 为高热、高辐射的水下乏燃料组件的局部变形和整体弯曲等参数测量提供有力工具。