[发明专利]一种UUV纵横摇时的双目视觉图像补偿方法

摘要

本发明公开了一种能够补偿UUV纵横摇引起的水下作业目标在双目摄像机中的位置和姿态偏差的一种UUV纵横摇时的双目视觉图像补偿方法。包括以下几个步骤：实时采集左、右摄像机信息获得水下作业目标的原始图像；实时采集UUV罗经信息获得UUV纵横摇产生的横倾角和纵倾角；补偿水下作业目标在双目摄像机中的视觉图像因UUV纵横摇产生的偏差；对水下作业目标原始图像进行放射变换，实现UUV纵横摇时水下作业目标在左、右摄像机中视觉图像的补偿。本发明使双目摄像机对水下作业目标的位置和姿态测定更加准确，且图像补偿的精确度高、实时性好，有利于提高UUV对水下目标的定位精度和自主作业成功率。

主权项

一种UUV纵横摇时的双目视觉图像补偿方法，其特征在于：包括以下几个步骤，步骤一：建立UUV的船体坐标系o‑xyz，以UUV重心为原点，船艏方向为x轴，右舷方向为y轴，竖直方向为z轴，测量出左摄像机在UUV上的安装位置(x_l,y_l,z_l)，右摄像机在UUV上的安装位置(x_r,y_r,z_r)，建立位于摄像机光学中心前端焦距f处的成像坐标系o_o‑uv，原点o_o为图像第一行第一列的像素中心，u轴平行于图像的行扫描线，v轴平行于图像的列扫描线，建立摄像机坐标系o_c‑x_cy_cz_c，o_c为摄像机光心，z_c轴为摄像机的主光轴，x_c轴和y_c轴分别与成像坐标系的u轴和v轴平行；步骤二：实时采集左、右摄像机信息获得水下作业目标的原始图像；步骤三：实时采集UUV罗经信息获得UUV纵横摇产生的横倾角和纵倾角；步骤四：补偿水下作业目标在双目摄像机中的视觉图像因UUV横摇产生的偏差；UUV横摇产生大小为的横倾角，产生左、右摄像机的光心坐标位置在船体坐标系下的竖直方向偏移Δh和水平方向偏移Δx，左摄像机的竖直方向偏移Δh_l和水平方向偏移Δx_l为：水下作业目标在左摄像机中补偿因横摇产生偏差后的图像坐标为：左、右摄像机的光心坐标位置偏移量对称，左、右摄像机的主光轴偏转角相同，水下作业目标在右摄像机中补偿因横摇产生偏差后的图像坐标：(T_u0,T_v0)为修正补偿前的图像坐标，(T_u,T_v)为修正补偿后的图像坐标，S_x为水平方向上单位像素的几何长度，f为摄像机焦距，式中的角标l、r分别表示左、右两个摄像机；步骤五：补偿水下作业目标在双目摄像机中的视觉图像因UUV纵摇产生的偏差，UUV纵摇时产生纵倾角θ，产生左、右摄像机的光心坐标位置在船体坐标系下的竖直方向偏移Δh₁和水平方向偏移Δd，左、右摄像机的竖直方向偏移Δh₁和水平方向偏移Δd均相同，左摄像机的竖直方向偏移Δh₁和水平方向偏移Δd分别为：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δh}}_1=\sin \·x_l-(1-\cos \mathrm{\θ})\·z_l\\ \mathrm{\Δd}=(1-\cos \mathrm{\θ})\·x_l+\sin \·z_l\end{array}\right.$水下作业目标在左摄像机中补偿因纵摇产生偏差后的图像坐标为：$\left[\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{ul}}^{\text{'}}\\ T_{\mathrm{vl}}^{\text{'}}\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{f_l+\mathrm{\Δh}}{f_l}& 0& 0\\ 0& \frac{f_l+\mathrm{\Δh}}{f_l}\·\frac{\cos ({\mathrm{\α}}_l+\mathrm{\θ})}{\cos \mathrm{\θ}}& \frac{f_l+\mathrm{\Δh}}{f_l}\·\frac{\cos ({\mathrm{\α}}_l+\mathrm{\θ})}{\cos \mathrm{\θ}}\\ 0& 0& \frac{S_{\mathrm{yl}}}{\mathrm{\Δd}}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{T}_{u0}^{\text{'}}\\ T_{v0}^{\text{'}}\\ \frac{\mathrm{\Δd}}{S_{\mathrm{yl}}}\end{array}\right]$水下作业目标在右摄像机中补偿因纵摇产生偏差后的图像坐标为：$\left[\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{ur}}^{\text{'}}\\ T_{\mathrm{vr}}^{\text{'}}\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{f_r+\mathrm{\Δh}}{f_r}& 0& 0\\ 0& \frac{f_r+\mathrm{\Δh}}{f_r}\·\frac{\cos ({\mathrm{\α}}_r+\mathrm{\θ})}{\cos \mathrm{\θ}}& \frac{f_r+\mathrm{\Δh}}{f_r}\·\frac{\cos ({\mathrm{\α}}_l+\mathrm{\θ})}{\cos \mathrm{\θ}}\\ 0& 0& \frac{S_{\mathrm{yl}}}{\mathrm{\Δd}}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{T}_{u0}^{\text{'}}\\ T_{v0}^{\text{'}}\\ \frac{\mathrm{\Δd}}{S_{\mathrm{yr}}}\end{array}\right]$(T_u′₀,T_v′₀)为修正补偿前的图像坐标，(T_u′,T_v′)为修正补偿后的图像坐标，α为初始安装时摄像机竖直方向上的俯仰角，S为竖直方向上单位像素的几何长度，式中的角标l、r分别表示左、右两个摄像机；步骤六：对水下作业目标原始图像进行放射变换，实现UUV纵横摇时水下作业目标在左、右摄像机中视觉图像的补偿。