一种水下相机标定方法技术

本发明专利技术提供了一种水下相机标定方法，水下相机系统成像时光线按水-隔水平面-空气-相机透镜的顺序对水下成像的物理过程进行数学建模。空气和水中相机参数的不同之处在于，由于折射平面的存在，导致空气中的成像模型不能适用于水中，需要对水中相机的成像模型进行建模。本发明专利技术公开了一种高精度的水下相机标定方法，建立了水下折射成像模型，提出了一种基于Tsai氏标定算法的水下相机标定方法，能够准确计算出相机中心到折射平面的距离d及相机的内、外参数。本发明专利技术公开的水下相机标定算法能够广泛应用于水下探测和高精度水下物体测量中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于视觉技术的水下探测和测量领域中，尤其涉及一种水下相机标定方法。
技术介绍
作为海洋探测技术的一个重要工具，基于水下机器人的水下、深海探测正在被广泛使用。基于视觉技术的探测技术是其中最为重要的技术之一，在利用视觉技术的水下探测和测量中，由于水介质的存在，导致光线在进入相机时发生折射，在空气中的相机标定技术不能直接用于水下相机的标定。由于折射现象的存在导致在水中的成像模型与空气中的不同，传统的相机标定算法如张氏标定，Tsai标定在水中不再适用。针对折射对成像的影响，国外学者有着不同的解决方法。首先是借助物理辅助的方法(SchechnerYY,KarpelN.RecoveryofUnderwaterVisibilityandStructurebyPolarizationAnalysis.IEEEJournalofOceanicEngineering,2005,30(3)：570-587)，该方法通过设计一个特殊的光学部件，该部件可以将相机的透镜成像中心转移到折射发生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下相机标定方法，其特征在于：第一步：在空气中标定出相机的内参，内参矩阵如下：第二步：使用径向一致约束线性的求取摄像机的一部分外参，Tsai标定算法使用的是径向一致约束，因为光线和光轴是共面的，可以得到摄像机坐标系下的坐标与成像点在图像中的物理坐标之间的对应关系：其中xi＝(u‑u0)dxyi＝(v‑v0)dyxc＝r1xw+r2yw+r3zw+tx            (15)yc＝r4xw+r5yw+r6zw+tyzc＝r7xw+r8yw+r9zw+tzr1,…,r9为旋转矩阵R的9个元素，将公式(15)表示的变量代入公式(14)中可求取摄像机的旋转矩阵和平移向量的前两个参数，水下拍...

【技术特征摘要】
1.一种水下相机标定方法，其特征在于：
第一步：在空气中标定出相机的内参，内参矩阵如下：
第二步：使用径向一致约束线性的求取摄像机的一部分外参，Tsai标定算法使用的是
径向一致约束，
因为光线和光轴是共面的，可以得到摄像机坐标系下的坐标与成像点在图像中的物理
坐标之间的对应关系：
其中
xi＝(u-u0)dx
yi＝(v-v0)dy
xc＝r1xw+r2yw+r3zw+tx(15)
yc＝r4xw+r5yw+r6zw+tyzc＝r7xw+r8yw+r9zw+tzr1,…,r9为旋转矩阵R的9个元素，将公式(15)表示的变量代入公式(14)中可求取摄像
机的旋转矩阵和平移向量的前两个参数，
水下拍照时入射光线在折射发生前后的方向向量之间的对应关系为：
可以得到(αaβaγa)T和(αwβwγw)T及光轴的方向向量(001)T的混合积：
因为入射光线在折射前后与摄像机的光轴共面，因此径向一致约束在水下成像中仍然
成立；
第三步：利用水下成像模型公式(12)优化计算出相机中心到折射平面的距离d，公式
(12)如下：
其中：n0＝nair/nwater,2.根据权利要求1所述的一种水下相机标定方法，其特征在于：在水下拍摄带有标志点
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓军，汤兴粲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44