[发明专利]使用多台相机进行水面数据采集与重建的方法

摘要

使用多台相机进行水面数据采集与重建方法。（1）采集系统搭建，在待采集的水面以下放置黑白棋盘格，使用标定过的两台高速相机在不同视角下同步进行拍摄采集；（2）多视图中像素映射关系，使用Harris角点检测方法计算得到各视图中的角点和角点映射关系，再使用双线性插值得到逐像素的映射关系；根据已知的棋盘格平面空间，确定各像素空间与物理空间的映射关系；（3）每个像素根据光学传播的物理特性可以得到一组可能的光线传播路径及该路径中的折射点，由不同视图下的对应像素所对应的折射点应该是相同的，在所有像素对的路径组中找到重合的折射点即找到了水面上的点，求得它们的三维坐标和对应法向量，便得到了水面的重建结果。

主权项

使用多台相机进行水面数据采集与重建方法，其特征在于实现步骤如下：（1）设计marker板，即黑白棋盘格用于之后的相机标定与数据采集，棋盘格角点将作为后续采集及重建的特征点；（2）使用步骤（1）中的marker板进行高速相机标定，然后再设置高速相机同步，所述高速相机同步是指曝光时间相等，帧率相同和所拍摄图像数据的高速存储；所述高速相机是指帧率30帧/秒以上的相机；所述高速存储是指存储速率应等于或高于高速相机拍摄帧率；（3）搭建采集系统，将marker板平铺在水底，将高速相机置于能拍摄到完整marker板的不同位置，并使用三脚架固定，保持其在整个采集过程中的稳定，在不同视角下拍摄由marker板位置所确定的同一水面区域，拍摄同一水面区域在不同视角下的图像序列；（4）根据步骤（3）中拍摄得到的图像序列，首先使用Harris角点检测方法搜索特征点，再使用Lucas‑Kanade光流法对各个高速相机拍摄所得图像序列分别进行角点匹配，最后对不同高速相机在同一时间所拍摄的图像进行特征点匹配；（5）当完成不同高速相机在同一时间所拍摄的图像间特征点匹配后，使用插值法得到这些图像间逐像素的映射关系；（6）根据步骤（5）中得到的逐像素映射关系，计算位于水面上的点，每个像素根据光学传播的物理特性，折射点位于高速相机到可能的水面以及水面到水下marker这两条连线的交点处，根据该点到相机距离的不同得到一个光线传播路径及该路径中的折射点的集合，而由不同视图下的对应像素所对应的折射点应该是相同的，在所有像素对的折射点集合中找到重合的折射点即位于水面上的点；（7）按照步骤（6），同一时刻多个高速相机拍摄的图像计算得到该时刻 位于水面上的所有点，即重建水面结果，对多个高速相机拍摄所得的整个图像序列分别重建水面，便得到了全程的动态水面。