面向水下目標的雙目視覺測距方法
2022年電子技術應用第4期
楊 戈1，2，王震堯1
1.北京師范大學珠海分校 智能多媒體技術重點實驗室，廣東 珠海519087； 2.北京師范大學 智能工程與教育應用研究中心，廣東 珠海519087
摘要： 針對水下機器人對于探測海洋具有的高靈敏度、低成本、易攜帶特點的要求，設計和實現面向水下目標的雙目視覺測距檢測方法。采用張正友標定算法，通過使用9×9棋盤獲取水下雙目相機的內外矩陣模型的參數，采用SGBM(Semi-Global Block Matching)立體匹配算法，增強了圖像的對比度，削弱了圖像色斑的影響，保證了算法的魯棒性，提升了匹配搜索速度。將視差圖通過矩陣運算轉化成深度圖，并將其映射成可視化點云，構建目標物體的三維立體信息。
中圖分類號： TP391.41
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211747
中文引用格式： 楊戈，王震堯. 面向水下目標的雙目視覺測距方法[J].電子技術應用，2022，48(4)：34-38，43.
英文引用格式： Yang Ge，Wang Zhenyao. A distance measurement method based on binocular vision for underwater target[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(4)：34-38，43.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211747
中文引用格式： 楊戈，王震堯. 面向水下目標的雙目視覺測距方法[J].電子技術應用，2022，48(4)：34-38，43.
英文引用格式： Yang Ge，Wang Zhenyao. A distance measurement method based on binocular vision for underwater target[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(4)：34-38，43.
A distance measurement method based on binocular vision for underwater target
Yang Ge1，2，Wang Zhenyao1
1.Key Laboratory of Intelligent Multimedia Technology，Beijing Normal University，Zhuhai 519087，China； 2.Research Center for Intelligent Engineering and Educational Application，Beijing Normal University，Zhuhai 519087，China
Abstract： Based on the high sensitivity, low cost and easy portability of underwater robot for ocean detection, this paper studies the key binocular vision detection technology applied to the ranging of underwater target objects. Zhang Zhengyou′s calibration algorithm was adopted to obtain the parameters of the internal and external matrix model of the underwater binocular camera by using a 9×9 checkerboard, and SGBM stereo matching algorithm was adopted to enhance the image contrast and weaken the influence of image color spots. It ensures the robustness of the algorithm, improves the matching search speed, transforms the parallax map into depth map through matrix operation, and maps it into visual point cloud to construct the three-dimensional information of the target object.
Key words : underwater binocular vision；stereo matching；depth information；3D reconstruction
0 引言
本文對水下雙目攝像機獲取的圖像進行了預處理，為了在具備各種復雜條件的水體中獲取目標物體的精確深度信息，著重研究對目標物體圖像的校準、圖像匹配以及深度信息轉換的關鍵算法。
文獻[1]針對水下圖像的處理方法將其主要分為水下圖像增強與水下圖像復原兩大類，并對兩類方法的研究現狀進行分析與歸納，對各類增強和復原算法進行各個維度的深入比較。
在攝像機標定技術中，以張氏標定為代表的傳統標定方法中，需要使用特定的、已知大小的標定物。此結合水下場景要求精度高、實時性強的條件需要，本文選擇采用傳統標定方法中的張氏標定法進行實驗。
文獻[2]在張正友標定算法的基礎上，添加了切向畸變參數，豐富了校準模型，提出了一種非線性代價的函數方法，通過使用全局優化學習算法來求解攝像機的三維模型參數，有效解決了由于水體環境惡劣而造成的線性誤差和誤差累計的問題。最后采用OpenCV的“rePojectImageTo3D”對矩陣視差圖像進行計算，得到目標物的三維坐標，實驗表明測量精度誤差也在5％以下。
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作者信息：
楊 戈1，2，王震堯1
(1.北京師范大學珠海分校 智能多媒體技術重點實驗室，廣東 珠海519087；
2.北京師范大學 智能工程與教育應用研究中心，廣東 珠海519087)
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