[发明专利]一种水面目标的测量方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及计算机视觉的三维测量，具体地说是一种水面目标的测量方法。

背景技术

由于水面的开阔性和复杂性，使水面目标的测量有一定的困难。从目前公开的文献和技术手段来看，水面目标的测量主要有以下两种方法：人工测量法和激光测量法。人工测量法费时费力，且不安全；激光测量法是一种非接触式测量方法，当激光光束射向水面时，一方面激光会射入水中产生非常大的能量损耗，另一方面，由于水的波动性，激光射入水中会产生较大的漫反射，导致测量结果不稳定。虽然三维测量方法已经应用于目标的测量，CN103376071A公开了三维测量系统与三维测量方法，CN102954770A披露了三维测量设备和三维测量方法，但是，这些三维测量方法均不能用于水面目标的测量。CN104061865A公开了一种航行船舶高度测量系统及其测量方法，但是存在测量方法复杂的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种水面目标的测量方法，是采用带校平的标定装置来确定参考平面与水面平行，根据摄像机的成像原理以及单视图计算机视觉理论，推导出一种水面目标的测量方法，该方法克服了现有水面目标的测量方法存在的费时费力且不安全，测量结果不稳定和测量方法复杂的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种水面目标的测量方法，是利用带校平的标定装置来确定参考平面与水面平行，根据摄像机的成像原理以及单视图计算机视觉理论，推导出一种水面目标的测量方法，步骤如下：

第一步，配置用于水面目标测量的设备：

这些设备包括一个摄像机、带校平的标定装置、三脚架和长度为1m和宽度为5cm的长方形木片；

上述带校平的标定装置包括一个参考平面、一个棋盘格和两个水平尺，将一个规格为50cm×50cm的正方形塑料平板作为参考平面，在上面固定一个棋盘格和两个水平尺，棋盘格由9×7个黑白相间的28mm×28mm的正方形组成，放置在参考平面的中部偏右下方，两个水平尺的长度均为40cm，两个水平尺相互垂直，分别固定在参考平面的左边和上边；

第二步，确定参考平面与水面平行：

在水面上无大风浪的气象条件下，水面近似为平面，采用带校平的标定装置来确定参考平面和水面平行，具体方法是，通过调节该参考平面，使两个水平尺上的水平泡位于中心，以确定参考平面与水面平行；

第三步，图像采集：

将上述第一步配备的摄像机固定在三脚架的云台上，第一次拍摄是将第一步配备的棋盘格置于任意平面上，使用摄像机对该棋盘格进行多角度拍摄，拍摄十五张图像；第二次拍摄，将第一步带校平的标定装置置于水边合适的位置，调整参考平面使之与水面平行，通过调整三脚架的云台来调节摄像机的角度，使水面目标和该棋盘格在一张图像内，然后固定摄像机，多次水平移动三脚架，拍摄十张图像；第三次拍摄是在第二次拍摄的基础上，调整三脚架的位置，撤去带校平的标定装置，将第一步配备的长方形木片放入水中设定位置，用摄像机对水面目标和长方形木片进行拍摄，得到一张图像；

第四步，计算摄像机的内参数和求解水面的法向量：

空间任何一点P在图像上的成像位置用针孔模型近似表示，空间任何一点P在图像上的投影位置为p，p为光心C与空间任何一点P的连线PC与图像平面的交点，设P在世界坐标系下的坐标为(X_w,Y_w,Z_w)，它在摄像机坐标系下的坐标为(X_c,Y_c,Z_c)，投影位置为p点的坐标为(u,v)，摄像机的内参数为K，表示如下：