[發明專利]一種水下立體視覺系統的標定方法

有效

• 申請號: 201710703365.4
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107767420B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 朱禹軻;張旭;朱利民
• 申請（專利權）人: 華中科技大學無錫研究院
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆

本發明公開一種水下立體視覺系統的標定方法，包括如下步驟：S101、在水下環境中，使用由內參已知的相機構成的立體視覺系統拍攝若干平面標定板的圖像，提取所述圖像的特征點，并對特征點進行畸變校正；S102、根據折射光路的幾何關系構造代價函數，任意選取立體視覺系統中的一個相機并對該相機的折射參數進行標定；S103、根據已完成標定的相機的折射參數，基于上述代價函數標定立體視覺系統中未標定相機的折射參數及立體視覺系統的外參。本發明使用平面標定板，提高了標定精度；基于多層折射模型，不存在系統誤差，描述精度高，既能用于水下單相機的折射參數標定，也能用于水下立體視覺系統及水下多相機系統折射參數和外參的標定。

技術領域

本發明涉及水下相機標定技術領域，尤其涉及一種水下立體視覺系統的標定方法。

背景技術

在水下環境中，成像光線將依次通過水、濾波片、空氣這三層折射介質。現有的方法常將傳統的相機模型應用到這種折射系統中，使用徑向畸變系數來校正折射造成的偏差。然而，折射對不同像素點產生偏差的影響是不同的，使用傳統的相機模型會產生明顯的誤差，尤其是在水下這種高折射率的環境中。傳統水下相機標定普遍存在標定方法錯復雜，標定耗時長，標定精度低，無法進行水下立體視覺標定的問題。

發明內容

本發明的目的在于通過一種水下立體視覺系統的標定方法，來解決以上背景技術部分提到的問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種水下立體視覺系統的標定方法，其包括如下步驟：

S101、在水下環境中，使用由內參已知的相機構成的立體視覺系統拍攝若干平面標定板的圖像，提取所述圖像的特征點，并對所述特征點進行畸變校正；

S102、根據折射光路的幾何關系構造代價函數，任意選取立體視覺系統中的一個相機并對該相機的折射參數進行標定；

S103、根據步驟S102中已完成標定的相機的折射參數，基于上述代價函數標定立體視覺系統中未標定相機的折射參數及立體視覺系統的外參。

特別地，所述步驟S101包括：在水下環境中，使用由內參已知的相機構成的立體視覺系統拍攝若干平面標定板的圖像，提取所述圖像的特征點，并對所述特征點進行畸變校正，得到校正后特征點的坐標，根據所述校正后特征點的坐標和相機的內參矩陣計算得到第一介質層光路的方向。

特別地，所述步驟S102包括：基于物點到折射主軸的距離構造代價函數，基于所述代價函數進行優化標定出相機的折射參數。

特別地，所述步驟S103還包括：根據已完成標定的相機的折射參數，對水下多相機系統中未標定相機的折射參數進行標定，直至標定出多相機系統中所有相機的折射參數和外參。

特別地，所述步驟S102具體包括：設折射參數包括(A d μr t)，其中A為折射平面的法線方向；d為矢量，表示各個介質層的厚度；μ也是矢量，表示各個介質層的折射率；r和t也是矢量，表示平面標定板圖像在世界坐標系的姿態和位置；在有M幅圖像存在時，r＝[r₁r₂ … r_M]，r_m為每幅圖像的羅德里格旋轉向量，m＝1,2,…,M；

折射主軸為經過相機光心C垂直于折射平面的射線，設物點P在世界坐標系下的坐標為P_w，在相機坐標系下的坐標為P_c，物點P到折射主軸的距離P_c⊥表示為：

P_c⊥＝P_c-dot(P_c,A)A (1)

設共有K個介質層，物點P到折射主軸的距離P_c⊥又可以表示為：