基于球面折射模型的水下相机标定研究及其在深海温室气体排放监测中的应用

发布时间：2024-12-21 08:22

　　随着摄影测量与计算机视觉的快速发展,以及人类对于海洋探索的兴趣日益增长,高质量水下相机系统已被广泛应用于深海探测中。为保护摄像机免受水及极高压强的侵害,需将摄像机固定于抗压仓中透过玻璃防水罩进行成像观测,光线传播进入相机时因为介质的变化(水-玻璃-空气)导致图像畸变,产生不可忽略的系统误差;为了增加玻璃窗的抗压性能,采用球形防水罩而非平面防水罩,引起了不同的折射模型,因此需要研究基于球面折射模型的摄像机成像几何,并研究标定算法以适用于深海机器视觉的应用。近年来,由于海底温室气体的泄漏加剧了全球变暖,自动化的气体排放监测已成为海洋科学的重要课题。气体泄漏形成的气泡流可被高速相机拍摄,通过图像处理及机器视觉算法可提取气泡的几何信息并估计总体排放量,目前基于双目立体视觉的气体排放自动监测算法还存在多个问题未能得到很好的处理,如相机系统的标定、立体像对同名气泡匹配、连续帧气泡追踪等。因此,深入研究这些问题对提升深海温室气体排放流量估计精度有着重要意义。本文研究工作主要包括两个方面:(1)首先研究了当摄像机投影中心与球形防水罩中心偏离时的球面折射几何与相机成像模型,提出了折射中心概念、折射中心共线...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1论文组织结构

1绪论7图1.1论文组织结构Fig.0.1Thestructureoverviewofthethesis

图2.1透视投影成像过程：将一个三维场景先从世界坐标系转换至摄像机局部坐标系，然后将其投影至图像平面

2基本概念与理论基础92基本概念与理论基础本章主要介绍本文涉及的重要基本概念和理论基础，首先介绍了摄像机的透视投影几何，然后介绍了对极几何约束、空间交会与三角测量，然后简要介绍了防水罩的参数化方式及基本折射模型，最后介绍了BubbleBox双目立体视觉系统的基本构造和设计理念。2....

图2.2对极几何约束:极线1l和2l分别是由图像点2q和1q反投影至空间中的光线在另一副图像上的投影;两个摄像机光心与反投影光线组成了对极平面

2基本概念与理论基础13式中表示透视投影过程中丢失的深度值（空间点至相机的距离）,因为在同一条光线上的每个点都会投影至同一个图像坐标点。因此，若已知某图像坐标点，可将其反投影至三维空间中的一束光线，若还知该点深度值则可计算该点的三维空间坐标:112()cddKxXKx(2.16)....

图2.3空间交会原理示意

2基本概念与理论基础15构建多组约束方程即可求得初始解01,,,n，然后通过构建残差方程最小化该点至所有光线的距离之和并迭代的求得最优解[57]：21iiiiENsrX(2.20)图2.3空间交会原理示意Fig.2.3Theprincipleoftriangulation.2.4....

本文编号：4018692