[发明专利]一种基于光场模型的水下激光条纹匹配和立体重建方法

说明书

本发明提供了一种基于光场模型的水下激光条纹匹配和立体重建方法，属于计算机视觉研究领域，典型的应用是水下环境中的双目立体视觉三维重建。本发明基于光场模型中的多层平面折射几何理论，提出一种在多层平面折射系统中寻找激光条纹匹配点和计算三维点的方法。与传统极限约束方法相比，该方法在多层平面折射坐标系中描述光线，利用共面约束查找激光条纹对应点，利用奇异值分解法计算空间三维点。本发明给出了共面约束的计算条件表达式和根据对应点计算三维点表达式。本发明可用于水下利用线激光的双目立体视觉重建乃至所有加装防护玻璃或滤波片的双目立体视觉重建。

技术领域

本发明属于计算机视觉研究领域，涉及一种基于光场模型的水下激光条纹匹配和立体重建方法，具体是一种水下光场模型中多层折射系统中激光条纹匹配和立体重建方法。

背景技术

在水下环境中，成像光线将依次通过水，玻璃，空气这三层折射介质。现有的激光条纹匹配方法是基于双目立体视觉的极限约束。文献“林俊义,黄常标,刘斌,等.一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术[J].机械设计与制造,2011(8):200-202.”提出的就是一种基于极限约束的寻找激光条纹匹配点的方法。极限约束基于传统的相机模型，它使用畸变参数来校正折射造成的偏差。然而，折射对不同像素点产生偏差的影响是不同的，使用传统的相机模型会产生明显的误差。因此，在模型描述不准确的情形下，用极限约束找到的对应点并不是真正的对应点。

中国专利CN201410195345.7公开了一种基于线结构光的水下目标三维重建方法。该方法利用单相机和激光组合的方式来进行立体重建，利用在水下不同深度获得的标校数据对二维图像中的激光条纹进行矫正位置，以消除折射带来的影响。但该方法在不同深度的水中，都要用标定板进行现场标校，实际操作非常不便，尤其在深海，标定板本身需要有抗压能力，还需要有很长的机械臂来摆放标定板进行拍摄，实际操作性较低。

发明内容

本发明为解决上述问题，基于光场模型中多层平面折射几何理论，提出一种基于光场模型的水下激光条纹匹配和立体重建方法，可用于水下双目立体视觉中激光条纹中心点匹配和计算三维点，其与空气中的极限约束不同之处在于相机模型不同，光线描述方法不同，采用共面约束来查找匹配对应点，奇异值分解来计算三维点。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于光场模型的水下激光条纹匹配和立体重建方法，其特征在于操作步骤如下：

步骤a：利用水下双目立体视觉测量系统完成对水下目标的激光扫描和图片获取。

步骤b：对获取的左右相机图片进行激光条纹中心提取。

步骤c：根据空气和水下标定获得的参数信息，对激光条纹中心点计算对应光线在多层折射坐标系内所形成的光线，一直计算到最后一层界面光线的点和方向。

步骤d：根据左右激光条纹点对应的最后一层界面光线的点和方向，计算光线混合积，混合积为0的光线对应激光点为激光条纹对应点。

步骤e：根据左右激光条纹对应点所对应的最后一层界面的点和方向，计算空间三维点。

所述步骤c中的激光条纹点计算最后一层界面光线的点和方向，包括以下步骤：

步骤①：左相机图片上激光条纹中心点像素坐标为(u_L,v_L)，右相机图片上激光条纹中心点像素坐标为(u_R,v_R)，分别计算它们在各自的相机坐标系的光线方向dir_out_L和dir_out_R。