[發明專利]一種水下動態場景光學混合三維成像方法

在審

• 申請號: 202011336143.1
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112489110A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 胡浩;樊黎明;趙維娜;王惠剛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學青島研究院;西北工業大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G01B11/24;H04N13/243;H04N13/296
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種水下動態場景光學混合三維成像方法，屬于三維成像技術領域。利用線激光單次投射掃描建立被測量區域的全局控制點，然后利用這些點建立全局控制網將被測量區域劃分為若干子區，對每個子區分別采用雙目視覺技術進行三維重建，最后通過全局控制網將測得的局部子區三維點云拼接到一起實現大范圍成像。本發明利用了線激光掃描單次測量快速、測量范圍大以及雙目視覺小范圍測量精度高的優勢，采用全局控制與局部掃描相結合的思想來提高大范圍三維重建的精度，同時克服激光線掃描進行三維點云測量時需要相對移動，難以測量動態場景的缺陷。

技術領域

本發明涉及到一種水下動態場景光學混合三維成像方法，可廣泛用于水下目標識別、水下管線及設備監測、水下生物研究、水下文物探測以及水下潛航器定位導航等領域。

背景技術

隨著各國對海洋探索研究和資源開發的重視，水下三維成像已成為國內外海洋探測研究的熱點。研究發現，聲納探測范圍大，但存在分辨率低、邊緣不清晰等局限；激光線掃描可以提高分辨率，但測量時需要不斷移動、不適合動態場景探測；雙目視覺近年發展迅速，測量精度高，然而只適合小范圍測量。

為滿足水下動態場景近距離高精度三維成像的要求，本發明將線激光掃描法和雙目視覺方法相結合，提出一種水下動態場景的光學混合三維成像方法，以克服常用水下三維成像方法的局限，對于水下無人潛航器的三維成像感知具有直接應用價值，并可以與探測距離更遠(＞10m距離)的聲學成像手段相互補充，對于提升我國水下信息三維感知能力具有重要意義。

發明內容

要解決的技術問題

為解決水下動態場景的高精度三維成像的難題，本發明提供一種水下動態場景的光學混合三維成像方法。

技術方案

一種水下動態場景光學混合三維成像方法，其特征在于包括1個多線束激光器、N個CCD相機和1個控制器，所述的N個CCD相機等間距排布，N個CCD相機和多線束激光器均與控制器連接，控制器對其進行供電和控制，所述的多線束激光器和距離其最遠的CCD相機組成線激光三維掃描系統，兩兩相鄰的CCD相機組成雙目視覺系統；步驟如下：

步驟1：多線激光測量全局點

采用多線激光等間距覆蓋測量區域掃描一次，將得到的三維點云作為全局控制點；

步驟2：被測區域劃分

根據全局控制點將被測區域劃分為N-1個子區；

步驟3：雙目視覺重建子區點云

采用各個雙目視覺系統分別對N-1個子區進行測量，獲得N-1幅局部三維點云；

步驟4：利用全局控制網將重建的各個分塊子區的重建結果進行拼接

假設第i個分塊區域與全局控制網有n個公共參考點，假設這些公共點在全局坐標系下的坐標值為而在分塊局部坐標系下的坐標值為則局部坐標系相對于全局坐標系的旋轉矩陣R_i和平移矩陣T_i可采用奇異值SVD分解法計算：

首先，求解坐標集合和的重心，即：

然后，引入三階矩陣對H進行奇異值分解，可得：

H＝UΛV^T (2)

旋轉矩陣R_i和平移矩陣T_i通過下式進行計算，則

求出旋轉矩陣和平移矩陣后，即可將第i個分塊區域中所有測量點的局部三維坐標P_i,s統一到全局坐標系下，得到其在全局坐標系下的坐標值P_i,g為：