一种用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法技术

本发明专利技术提供的是一种用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法。步骤一.对水下畸变的双目左右视图，进行水下标定参数矫正与Bouguet极线矫正；步骤二.在ROV水面监测系统中的双目左视图上选择待测目标对应的两端点中的一个端点，利用粗‑精立体匹配算法确定出在右图上的匹配点；步骤三.根据双目测量原理，恢复出所选点的三维坐标；步骤四.重复步骤二和步骤三得到第二个端点，然后再计算这两个点的欧式距离，得到两个点间的真实距离。相对于传统的基于全局匹配算法的测量方法，本发明专利技术所用方法能够实现更快速与更精确的水下目标尺寸测量，可广泛应用于ROV水下测量任务，具有非常好的实用性。

A fast measurement method of underwater target size for ROV

The invention provides a fast measurement method of underwater target size for ROV. Step 1: correct the binocular left and right view of underwater distortion with underwater calibration parameters and bougueret polar line; step 2: select one end point of the two end points corresponding to the target to be measured on the binocular left view of ROV water surface monitoring system, and use the coarse \u2011 fine stereo matching algorithm to determine the matching point on the right image; step 3: restore the three points of the selected point according to the binocular measurement principle Repeat step 2 and step 3 to get the second endpoint, and then calculate the Euclidean distance between the two points to get the real distance between the two points. Compared with the traditional measurement method based on the global matching algorithm, the method of the invention can achieve faster and more accurate underwater target size measurement, which can be widely used in ROV underwater measurement tasks, and has very good practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法
本专利技术涉及的是一种水下目标测量方法，具体地说是一种适用于在ROV水面监测系统中更精确更快速地对水下二维图像上任意手动选择的感兴趣目标甚至任意两端点的空间直线距离进行测量的方法。
技术介绍
现代测距系统的发展方向趋于智能化，为立体视觉测距提供了广阔的应用平台，作为被动测距，立体视觉技术无需向目标物发射任何信号，只需通过图像传感器采集到图像对，通过对图像信息的识别、监测，将能有效地提高测距系统的智能化。因此，研究基于立体视觉技术的实时测距系统具有非常重要的应用价值。目前在ROV水下测量研究领域，主要的解决方案都是基于BM(BlockMatching)或SGM(SemiglobalMatching)算法进行立体匹配后进行三维重建，该类方法需要进行全局视差图计算，时间较长。除此之外，由于水下图像对比度低噪声大、特征不清晰，传统测量方法通过全局匹配计算的深度信息误差较大，导致水下目标尺寸的测量精度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种既能提高测量速度、又能提高测量精度的用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法。本专利技术的目的是这样实现的：步骤一.对水下畸变的双目左右视图，进行水下标定参数矫正与Bouguet极线矫正；步骤二.在ROV水面监测系统中的双目左视图上选择待测目标对应的两端点中的一个端点，利用粗-精立体匹配算法确定出在右图上的匹配点；步骤三.根据双目测量原理，恢复出所选点的三维坐标；步骤四.重复步骤二和步骤三得到第二个端点，然后再计算这两个点的欧式距离，得到两个点间的真实距离。本专利技术还可以包括：1.所述利用粗-精立体匹配算法确定出在右图上的匹配点具体包括：(1)以左图所选点为中心框出一个9*9像素的方框，利用粗匹配算法在右图上匹配出最佳的9*9像素区域；(2)在右视图粗匹配区域中进行精匹配，遍历该区域寻找最佳匹配点。2.所述粗匹配算法选择SAD算法。3.所述在右视图粗匹配区域中进行精匹配具体包括：在右视图中的匹配点p2应该满足公式：p2＝min(ρ(I1(Ωr(p1)),I2(Ωr(p2))))，其中Ωr(p1)表示以p1为中心，r为邻域半径，In(x)表示灰度值，用ρ代表着左右匹配区域的差异性，采用互相关算法和Census归一化融合算法计算相似性：其中α是ε(f,g)的均衡两种相似度计算的权重系数，ε(f,g)和φ(f,g)分别是NCC(f,g)和Census(f,g)经过归一化得到的，NCC(f,g)的输出值范围是[-1,1],Census(f,g)的输出值范围是[0,r2]；采用线性函数归一化算法将两种相似度算法的输出值归一化到[0,1]之间，归一化函数如下：其中max为样本数据的最大值，min为样本数据的最小值。4.所述根据双目测量原理，恢复出所选点的三维坐标具体包括：对于空间中的点P(X,Y,Z)，在左右视图上分别形成p1(x1,y1)和p2(x2,y2)且y轴坐标相同，根据双目矫正参数获得焦距f、光心坐标(cx,cy)、镜头基线距离B，视差计算如下公式为d＝x1-x2利用双目成像原理，恢复出P的三维坐标：本专利技术提供了一种用于ROV的水下目标尺寸快速高精度测量方法，采用粗-精立体匹配方法只求解被测两点的匹配点获取局部最优值，避免了现有全局匹配算法计算全局最优值的情况，提高了测量速度和精度。本专利技术可应用在ROV水下测量任务中的水面监测系统，只针对二维图像上任意手动选择的感兴趣目标的两端点进行空间距离测量。本专利技术的主要特点包括：(1)针对水下目标尺寸的测量，在算法设计上只需在局部求解被测端两点的左右视图匹配点，无需进行全局匹配，从而能更好地避免误匹配。(2)双目立体匹配时先通过SAD(SunofAbsoluteDifferences)算法进行粗匹配，并在准匹配区域内利用NCC(NormalizedCrossCorrelation)与Census归一化融合的高精度匹配算法寻找最佳匹配点。(3)利用三维重建恢复出目标上两个端点的坐标公式，再计算两点欧式距离即求得水下任意两个端点的真实空间尺寸，无需重建图像上所有点的三维坐标。(4)采用粗-精立体匹配方法只需获取局部最优值，因此对图像噪声与光照影响具有更好的不敏感性。(5)本专利技术可应用在ROV水下测量任务中的水面监测系统上，只针对二维图像上任意手动选择的感兴趣目标的两个端点进行空间距离测量。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1.本专利技术设计的粗-精立体匹配算法融合了多种匹配算法的优点，具有对光照不敏感的特性还能较好地提取边缘和角点的特征；2.本专利技术只求解被测两点的匹配点，解决现有全局匹配算法只求全局最优而非局部最优值的问题，提高了测量速度和精度；3.即使是标定棋盘这种重复纹理较多的图案，本专利技术的立体匹配算法也能够比较好的找到匹配点，克服了已有匹配算法受像素值影响较大的弊端。4.本专利技术采用粗-精立体匹配方法只需获取局部最优值，因此对图像噪声与光照影响具有更好的不敏感性。附图说明图1是用于ROV的水下目标尺寸快速高精度测量方法的流程图。图2a-图2d给出了水下原始图像与矫正图像对比效果图，其中：图2a是原始左视图；图2b是矫正左视图；图2c是原始右视图；图2d是矫正右视图。图3给出了Census算法运行流程的示例图。图4给出了双目测量原理图。图5给出了不同匹配算法的测量效果图，其中自左向右：第一列是原始图像；第二列是BM；第三列是SGM；第四列是本专利技术测量图。图6是步骤S4中所述不同匹配算法的测量值与误差对比表。具体实施方式下面举例对本专利技术做更详细的描述。结合图1，本专利技术的用于ROV的水下目标尺寸快速高精度测量方法包括如下步骤:S1.针对水下畸变的双目左右视图，进行水下标定参数矫正与Bouguet极线矫正；先在水下利用张正友算法对双目摄像头进行标定，将拍摄的左右视图根据标定参数进行畸变矫正，再采用Bouguet极线矫正算法得到行对准的矫正后的左右视图。矫正后两个相机的光轴完全平行，像点在左右图像上的高度一致，在后续的立体匹配时，只需在同一行上搜索左右像平面的匹配点即可，能使效率大大提高，方便了后续深度图像计算与三维重建。标定原图与矫正图像如图2a至图2d所示。S2.在ROV水面监测系统中的双目左视图上手动选择待测目标对应的两端点中的一个端点，利用提出的粗-精立体匹配算法确定出在右图上的匹配点；由于获取目标的尺寸只需要在ROV水面监测系统中对双目视觉左视图上两端点进行手动选取，因此可以采用粗-精局部匹配方法获得右视图上匹配点。具体包括如下步骤：S21.以左图所选点为中心框出一个9*9像素的方框，利用粗匹配算法在右图上匹配出最佳的9*9像素区域。SAD算法是一种基于像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法，其特征是：/n步骤一.对水下畸变的双目左右视图，进行水下标定参数矫正与Bouguet极线矫正；/n步骤二.在ROV水面监测系统中的双目左视图上选择待测目标对应的两端点中的一个端点，利用粗-精立体匹配算法确定出在右图上的匹配点；/n步骤三.根据双目测量原理，恢复出所选点的三维坐标；/n步骤四.重复步骤二和步骤三得到第二个端点，然后再计算这两个点的欧式距离，得到两个点间的真实距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法，其特征是：
步骤一.对水下畸变的双目左右视图，进行水下标定参数矫正与Bouguet极线矫正；
步骤二.在ROV水面监测系统中的双目左视图上选择待测目标对应的两端点中的一个端点，利用粗-精立体匹配算法确定出在右图上的匹配点；
步骤三.根据双目测量原理，恢复出所选点的三维坐标；
步骤四.重复步骤二和步骤三得到第二个端点，然后再计算这两个点的欧式距离，得到两个点间的真实距离。


2.根据权利要求1所述的用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法，其特征是所述利用粗-精立体匹配算法确定出在右图上的匹配点具体包括：
(1)以左图所选点为中心框出一个9*9像素的方框，利用粗匹配算法在右图上匹配出最佳的9*9像素区域；
(2)在右视图粗匹配区域中进行精匹配，遍历该区域寻找最佳匹配点。


3.根据权利要求2所述的用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法，其特征是：所述粗匹配算法选择SAD算法。


4.根据权利要求3所述的用于ROV的水下目标尺寸快速测量方法，其特征是所述在右视图粗匹配区域中进行精匹配具体包括：
在右视图中的匹配点p2应该满足公式：p2＝min...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶秀芬，陈浩，刘文智，李海波，王帅，骈志康，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23