[发明专利]基于动态参考坐标系的水下双目立体视觉测量系统及方法

权利要求书

1.基于动态参考坐标系的水下双目立体视觉测量系统包括双目立体视觉测量系统和动态参考坐标系，其特征在于：所述双目立体视觉测量系统包括两个高速相机封装仓(1、2)和一个激光扫描计算单元封装仓(3)；所述两个高速相机封装仓(1、2)对称安装于一个长方形铝型材框架(11)的两端，激光扫描计算单元封装仓(3)安装于长方形构架的中间；

所述激光扫描计算单元封装仓中有一个金属摆镜(6)、一个激光器(5)和一个计算单元，金属摆镜(6)摆动时可使激光器(5)发射的激光在相机视场内扫描；该封装仓(3)除采用耐高压封装外，还在高速相机封装仓(1、2)和激光扫描计算单元封装仓(3)之间设有耐高压连接管(4)；由于水下没有可以满足USB3.0传输速率的水密接插件，因此采用内部连线方式可保证传输速率，并且减少了连接件的数量，提高了系统稳定性；激光扫描计算单元封装仓(3)的尾部有与外部连接的接插件(9)，可外接电源和进行通讯控制；

所述动态参考坐标系包括4个主动光标靶和一个方形铝型材框架，方形铝型材框架(12)用于固定主动光标靶(13)和被测物体(14)，并配有为主动光标靶供电装置，该主动光标靶(13)具有易于识别、对应性好、精度高且体积小的特点，用于建立动态参考坐标系以消除振动带来的测量误差；主动光标靶(13)采用耐高压封装，可用于深海4000米的高压环境；采用所述基于动态参考坐标系的水下双目立体视觉测量系统实施基于动态参考坐标系的水下双目立体视觉测量方法，进行测量操作，具体操作步骤如下：

步骤1：对物体和标靶进行激光扫描，获得一系列图片组：将要扫描的目标物体及主动光标靶点固定到铝型材框架上，使用三维重建装置进行激光扫描和图片拍摄，获得带有激光条纹和标靶点的图片组；

步骤2：对图片组中的标靶点进行角点检测并对标靶点进行排序；

步骤3：计算标靶点三维坐标，并建立编码点坐标系：使用基于光场模型的水下立体重建方法计算标靶角点在扫描系统下的三维坐标，通过对标靶角点的坐标矩阵进行奇异值分解来建立编码点坐标系；

步骤4：求解动态参考坐标系：由于标靶点和被测物一起固定在框架上，因此可将标靶点看成一个刚体结构，通过刚体变换求解动态参考坐标系；

步骤5：通过坐标转换获得每组图片对应的点云坐标：计算每组图片激光条纹中心在扫描系统下的三维坐标，并将其转换到第一组图片标靶点所在扫描系统坐标系下，获得点云坐标。

2.一种基于动态参考坐标系的水下双目立体视觉测量方法，采用根据权利要求1所述的基于动态参考坐标系的水下双目立体视觉测量系统进行测量操作，具体操作步骤如下：

步骤1：对物体和标靶进行激光扫描，获得一系列图片组：将要扫描的目标物体及主动光标靶点固定到铝型材框架上，使用三维重建装置进行激光扫描和图片拍摄，获得带有激光条纹和标靶点的图片组；

步骤2：对图片组中的标靶点进行角点检测并对标靶点进行排序；

步骤3：计算标靶点三维坐标，并建立编码点坐标系：使用基于光场模型的水下立体重建方法计算标靶角点在扫描系统下的三维坐标，通过对标靶角点的坐标矩阵进行奇异值分解来建立编码点坐标系；

步骤4：求解动态参考坐标系：由于标靶点和被测物一起固定在框架上，因此可将标靶点看成一个刚体结构，通过刚体变换求解动态参考坐标系；

步骤5：通过坐标转换获得每组图片对应的点云坐标：计算每组图片激光条纹中心在扫描系统下的三维坐标，并将其转换到第一组图片标靶点所在扫描系统坐标系下，获得点云坐标。