[發明專利]一種水下立體觀測系統標定裝置及標定方法

在審

• 申請號: 202010860438.2
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112001974A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 劉世晶;李國棟;涂雪瀅
• 申請（專利權）人: 中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/10;G06N3/12
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 俞磊

1.一種水下立體觀測系統標定裝置，其特征在于，包括設置在玻璃水箱(3)上的標定板移動裝置，通過標定板移動裝置固定在玻璃水箱(3)內部的標定板、以及設置在玻璃水箱(3)外部的雙目視覺設備；

所述標定板移動裝置包括定位軌道(1)，定位軌道(1)通過掛接件(5)固定在玻璃水箱(3)的頂部，定位軌道(1)包括相對設置的一組軌道短軸(6)和一組軌道長軸(7)，在軌道短軸(6)上開設有若干第一卡槽(61)，移動桿(4)的兩端通過第一卡槽(61)設置在定位軌道(1)的軌道短軸(6)上，在移動桿(4)上開設有若干組第二卡槽(41)，移動機構(2)的頂端通過第二卡槽(41)與移動桿(4)可拆卸連接，標定板與移動機構(2)固定連接；

所述標定板通過移動機構(2)和移動桿(4)改變在玻璃水箱(3)中的位置，雙目視覺設備獲取標定板在當前位置的采樣圖像。

2.根據權利要求1所述的水下立體觀測系統標定裝置，其特征在于，雙目視覺設備的采樣過程如下：

1)安裝雙目視覺設備、標定板移動裝置和標定板，調整雙目視覺設備的位置，使玻璃水箱能夠完整成像；

2)將移動桿(4)放置到短軸起始位置，將移動機構(2)放置到長軸起始位置卡槽，將此時標定板的位置作為采樣起點，并設定標定板左下角靶點為世界坐標系原點，拍攝第1幀圖像；

3)將移動機構(2)沿移動桿(4)的第二卡槽(41)順序平移兩次，分別拍攝第2～3幀圖像；

4)保持移動機構(2)的位置不動，沿軌道短軸(6)平移移動桿(4)至下一第一卡槽(61)，拍攝第4幀圖像；

5)將移動機構(2)沿移動桿(4)的第二卡槽(41)反向平移兩次，拍攝第5～6幀圖像；

6)保持移動機構(2)的位置不動，沿軌道短軸(6)平移移動桿(4)至下一第一卡槽(61)，重復步驟2)-5)，直到最后一個第一卡槽(61)位置，完成全視域采樣。

3.根據權利要求2所述的水下立體觀測系統標定裝置，其特征在于，所述雙目視覺設備的標定方法為：

1)通過機器視覺軟件獲取標定板的位置信息，獲得標定板位置后，利用算子對區域中的圓進行分割，找到圓的個數、周長、坐標位置和標定板描述文件中一致的靶標點(71)；

2)運算得到靶標點(71)的像素坐標；設定世界坐標系X軸與魚缸長軸平行、Y軸垂直于魚缸底部、Z軸與魚缸短軸平行、原點為標定板起始位置的右下靶標點(71)，聯立標定板移動距離和靶標點(71)空間分布得到靶標點(71)的世界坐標系坐標；

3)將有效采集的靶標點(71)，分為訓練集和測試集；使用遺傳算法對坐標系的訓練集參數進行優化，當迭代達到最大次數后，輸出最優組合，得到優化后的模型參數；

4)利用遺傳算法確定的模型參數，構建坐標系的SVR訓練模型，預測世界坐標系中的三個參數；其中，靶標點(71)包含左、右圖像像素坐標和世界坐標信息，圖像坐標值的單位為像素，即靶標點(71)在圖像中的像素坐標。

4.根據權利要求3所述的水下立體觀測系統標定裝置，其特征在于，所述雙目視覺設備的標定方法包括誤差評價過程，其方法如下：

采用軸向誤差評價和單點誤差評價相結合的方法，軸向誤差評價采用MSE函數，單點誤差評價采用P_MSE函數，具體如下：

式中的x′、y′、z′為測量點實際空間坐標，x_i′、y_i′、z_i′為測量點模型預測數據，d_i為所有測量點在x、y或z軸實際空間坐標，d_i′為所有測量點在X、Y或Z軸模型預測數據。