[發(fā)明專利]一種水下到空氣中圖像轉(zhuǎn)化的辨識(shí)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210336409.5
• 申請(qǐng)日: 2022-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114429431B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張華;林海濤;陳永燦;王皓冉;李永龍;洪開(kāi)波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00
• 代理公司: 成都正德明志知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51360
• 代理人: 張小娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種水下到空氣中圖像轉(zhuǎn)化的辨識(shí)方法及系統(tǒng)，屬于圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟：通過(guò)相機(jī)分別在空氣中與水下拍攝標(biāo)定板圖像，得到若干組空氣中標(biāo)定板圖像和對(duì)應(yīng)的水下標(biāo)定板圖像；根據(jù)各組空氣中標(biāo)定板圖像和對(duì)應(yīng)的水下標(biāo)定板圖像，建立水中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)到空氣中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)的辨識(shí)模型；利用最小二乘法和極值定理計(jì)算得到待估參數(shù)矩陣θ的估計(jì)參數(shù)矩陣；將估計(jì)參數(shù)矩陣作為待估參數(shù)矩陣θ，利用辨識(shí)模型，完成任意水下到空氣中的圖像轉(zhuǎn)化；本發(fā)明解決了無(wú)需建立物理模型，直接通過(guò)辨識(shí)模型實(shí)現(xiàn)水中標(biāo)定板角點(diǎn)到空氣中標(biāo)定板角點(diǎn)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水下到空氣中圖像轉(zhuǎn)化的辨識(shí)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

水下測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中需要使用相機(jī)拍攝水下目標(biāo)物體，通常需要將相機(jī)置于防水裝置中，光線穿過(guò)不同的介質(zhì)會(huì)導(dǎo)致拍攝的圖像畸變，在水環(huán)境中與空氣環(huán)境中最直觀的差別為圖像視場(chǎng)大小的改變；由于水環(huán)境導(dǎo)致相機(jī)在水下拍攝圖像的成像視場(chǎng)減小，為了用相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)物體真實(shí)尺寸進(jìn)行測(cè)量，需要將水下拍攝的圖像轉(zhuǎn)換成同等條環(huán)境下空氣中的圖像，然后再對(duì)轉(zhuǎn)化的圖像做進(jìn)一步的測(cè)量處理，實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)物體在空氣中對(duì)應(yīng)的尺寸的還原，現(xiàn)有水中圖像到空氣中圖像的轉(zhuǎn)換表達(dá)式并不具備解析解，也需要對(duì)物理模型中的部分參數(shù)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)才能得到轉(zhuǎn)換關(guān)系的數(shù)值解。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種水下到空氣中圖像轉(zhuǎn)化的辨識(shí)方法及系統(tǒng)解決了無(wú)需建立物理模型，直接通過(guò)辨識(shí)模型實(shí)現(xiàn)水中標(biāo)定板角點(diǎn)到空氣中標(biāo)定板角點(diǎn)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供一種水下到空氣中圖像轉(zhuǎn)化的辨識(shí)方法，包括如下步驟：

S1、通過(guò)相機(jī)分別在空氣中與水下拍攝標(biāo)定板圖像，得到若干組空氣中標(biāo)定板圖像和對(duì)應(yīng)的水下標(biāo)定板圖像；

S2、根據(jù)各組空氣中標(biāo)定板圖像和對(duì)應(yīng)的水下標(biāo)定板圖像，建立水中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)到空氣中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)的辨識(shí)模型；

S3、利用最小二乘法和極值定理計(jì)算得到待估參數(shù)矩陣θ的估計(jì)參數(shù)矩陣；

S4、令待估參數(shù)矩陣θ等于估計(jì)參數(shù)矩陣，并利用辨識(shí)模型對(duì)水下到空氣中圖像轉(zhuǎn)化進(jìn)行辨識(shí)，完成任意水下到空氣中的圖像轉(zhuǎn)化。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供一種水下到空氣中圖像轉(zhuǎn)化的辨識(shí)方法，避免了物理建模時(shí)由于光束在遠(yuǎn)離光軸的部分相比靠近光軸的部分折射畸變更嚴(yán)重的問(wèn)題，通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)的方法建立轉(zhuǎn)化模型，并通過(guò)提取標(biāo)定板上所有角點(diǎn)作為轉(zhuǎn)化模型的輸入輸出，盡可能的擬合出更接近于真實(shí)圖像關(guān)系的模型。

進(jìn)一步地，所述步驟S2包括如下步驟：

S21、根據(jù)各組空氣中標(biāo)定板圖像和對(duì)應(yīng)的水下標(biāo)定板圖像，建立水中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)到空氣中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)的第一差分轉(zhuǎn)換模型；

S22、定義輸入序列h(k)和待估參數(shù)矩陣θ，并基于第一差分轉(zhuǎn)換模型，得到水中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)到空氣中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)的第二差分轉(zhuǎn)換模型；

S23、將第二差分轉(zhuǎn)換模型矩陣化處理，得到水中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)到空氣中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)的辨識(shí)模型。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果為：提供水中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)到空氣中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)的辨識(shí)模型，通過(guò)輸入水中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)和空氣中標(biāo)定板圖像角點(diǎn)，利用辨識(shí)模型實(shí)現(xiàn)水下圖像到空氣中圖像的轉(zhuǎn)換。

進(jìn)一步地，所述步驟S21中第一差分轉(zhuǎn)換模型的表達(dá)式如下：