[发明专利]一种水下摄像机与前视声纳的联合标定方法

权利要求书

1.一种水下摄像机与前视声纳的联合标定方法，其特征在于，具体的实现步骤如下：

步骤1.水下摄像机的目标光学探测模块在水下采集不少于20幅标定板图像，通过标定获得摄像机内参数，通过水下摄像机内参数和标定板角点位置，计算标定板坐标系与摄像机坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵，推导标定板坐标系到水下摄像机坐标的三维坐标转换关系，标定板平面直角坐标系为O_bX_bY_bZ_b，原点为标定板的右下角，标定板两边分别为O_bX_b、O_bY_b，O_bZ_b轴垂直于标定板平面，摄像机坐标系为O_cX_cY_cZ_c；

步骤2.声学探测模块通过单波束机械扫描式前视声纳获取水下环境的声学回波数据，通过数据处理获得前视声纳与标定板质心之间的距离和角度关系，推导前视声纳坐标系与标定板质心坐标系的三维坐标转换关系，标定板质心平面直角坐标系为O_b'X_b'Y_b'Z_b'，原点为标定板的质心处，质心所对应的与标定板两边平行的边分别为O_b'X_b'、O_b'Y_b'，O_b'Z_b'轴垂直于标定板平面，声呐的直角坐标系为O_sX_sY_sZ_s；

步骤3.通过标定板坐标系到水下摄像机坐标的三维坐标转换关系、前视声纳坐标系与标定板质心坐标系的三维坐标转换关系，计算出摄像机坐标系与声纳坐标系的转换，即完成水下摄像机与前视声纳之间的联合标定。

2.根据权利要求1所述的一种水下摄像机与前视声纳的联合标定方法，其特征在于：步骤1所述的摄像机坐标系与标定板平面坐标系之间的三维转换关系为

其中R_b→c为正交旋转矩阵，T_b→c为平移矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种水下摄像机与前视声纳的联合标定方法，其特征在于：步骤2所述的声纳坐标系与标定板质心坐标系之间的三维转换关系为

其中声纳与标定板的坐标系原点距离为r、角度为θ。

4.根据权利要求1所述的一种水下摄像机与前视声纳的联合标定方法，其特征在于：步骤3所述的标定板坐标系到水下摄像机坐标的三维坐标转换关系、前视声纳坐标系与标定板质心坐标系的三维坐标转换关系，标定板质心坐标系与标定板坐标系的旋转矩阵和平移矩阵为

其中点O_b与点O_b′之间m，n分别为标定板水平方向物理尺寸和竖直方向棋盘格数目；D_y，D_x分别为标定板一个棋盘格水平方向物理尺寸和竖直方向物理尺寸，则标定板质心坐标系与标定板平面坐标系之间的三维转换关系为

5.根据权利要求1所述的一种水下摄像机与前视声纳的联合标定方法，其特征在于：步骤3所述的摄像机坐标系与声纳坐标系的三维转换关系为

其中R_b→c为摄像机与标定板之间的正交旋转矩阵，T_b→c为摄像机与标定板之间的平移矩阵，m、n分别为点O_b与点O_b′之间标定板水平方向物理尺寸和竖直方向棋盘格数目，D_y、D_x分别为标定板一个棋盘格水平方向物理尺寸和竖直方向物理尺寸，声纳与标定板的坐标系原点距离为r、角度为θ。

6.根据权利要求1所述的一种水下摄像机与前视声纳的联合标定方法，其特征在于：标定板同时存在于水下摄像机和前视声纳的探测视野范围内，水下摄像机和前视声纳在同一时间采集标定板的水下光学和水下声学图像。