[发明专利]一种水下立体观测系统标定装置及标定方法

权利要求书

1.一种水下立体观测系统标定装置，其特征在于，包括设置在玻璃水箱(3)上的标定板移动装置，通过标定板移动装置固定在玻璃水箱(3)内部的标定板、以及设置在玻璃水箱(3)外部的双目视觉设备；

所述标定板移动装置包括定位轨道(1)，定位轨道(1)通过挂接件(5)固定在玻璃水箱(3)的顶部，定位轨道(1)包括相对设置的一组轨道短轴(6)和一组轨道长轴(7)，在轨道短轴(6)上开设有若干第一卡槽(61)，移动杆(4)的两端通过第一卡槽(61)设置在定位轨道(1)的轨道短轴(6)上，在移动杆(4)上开设有若干组第二卡槽(41)，移动机构(2)的顶端通过第二卡槽(41)与移动杆(4)可拆卸连接，标定板与移动机构(2)固定连接；

所述标定板通过移动机构(2)和移动杆(4)改变在玻璃水箱(3)中的位置，双目视觉设备获取标定板在当前位置的采样图像。

2.根据权利要求1所述的水下立体观测系统标定装置，其特征在于，双目视觉设备的采样过程如下：

1)安装双目视觉设备、标定板移动装置和标定板，调整双目视觉设备的位置，使玻璃水箱能够完整成像；

2)将移动杆(4)放置到短轴起始位置，将移动机构(2)放置到长轴起始位置卡槽，将此时标定板的位置作为采样起点，并设定标定板左下角靶点为世界坐标系原点，拍摄第1帧图像；

3)将移动机构(2)沿移动杆(4)的第二卡槽(41)顺序平移两次，分别拍摄第2～3帧图像；

4)保持移动机构(2)的位置不动，沿轨道短轴(6)平移移动杆(4)至下一第一卡槽(61)，拍摄第4帧图像；

5)将移动机构(2)沿移动杆(4)的第二卡槽(41)反向平移两次，拍摄第5～6帧图像；

6)保持移动机构(2)的位置不动，沿轨道短轴(6)平移移动杆(4)至下一第一卡槽(61)，重复步骤2)-5)，直到最后一个第一卡槽(61)位置，完成全视域采样。

3.根据权利要求2所述的水下立体观测系统标定装置，其特征在于，所述双目视觉设备的标定方法为：

1)通过机器视觉软件获取标定板的位置信息，获得标定板位置后，利用算子对区域中的圆进行分割，找到圆的个数、周长、坐标位置和标定板描述文件中一致的靶标点(71)；

2)运算得到靶标点(71)的像素坐标；设定世界坐标系X轴与鱼缸长轴平行、Y轴垂直于鱼缸底部、Z轴与鱼缸短轴平行、原点为标定板起始位置的右下靶标点(71)，联立标定板移动距离和靶标点(71)空间分布得到靶标点(71)的世界坐标系坐标；

3)将有效采集的靶标点(71)，分为训练集和测试集；使用遗传算法对坐标系的训练集参数进行优化，当迭代达到最大次数后，输出最优组合，得到优化后的模型参数；

4)利用遗传算法确定的模型参数，构建坐标系的SVR训练模型，预测世界坐标系中的三个参数；其中，靶标点(71)包含左、右图像像素坐标和世界坐标信息，图像坐标值的单位为像素，即靶标点(71)在图像中的像素坐标。

4.根据权利要求3所述的水下立体观测系统标定装置，其特征在于，所述双目视觉设备的标定方法包括误差评价过程，其方法如下：

采用轴向误差评价和单点误差评价相结合的方法，轴向误差评价采用MSE函数，单点误差评价采用P_MSE函数，具体如下：

式中的x′、y′、z′为测量点实际空间坐标，x_i′、y_i′、z_i′为测量点模型预测数据，d_i为所有测量点在x、y或z轴实际空间坐标，d_i′为所有测量点在X、Y或Z轴模型预测数据。