水下结构光测量及其在视觉引导与定位中的应用研究
近年来人类对海洋的开发和探索促进了水下机器人的发展，由于水下环境复杂和水下任务的多样性，高精度的水下三维测量在视觉引导与定位中有重要作用。本文对水下结构光测量及其在视觉引导与定位中的应用进行了研究。采用水下结构光三维探测系统进行视觉引导，是后续搭建水下自主作业平台的基础;建立了相应的水下三维测量数学模型，分别标定了摄像机参数与结构光自扫描系统参数;对水下折射进行有效的补偿，使得测量系统通过陆上标定可以实现水下应用;后续工作可通过机器人的手眼标定，完成通过对特定目标的识别定位实现视觉引导。 分别分析了结构光三维探测系统在陆上和水下工作原理，根据摄像机、激光面、被测物体三者之间的关系，构建了三维测量系统的数学模型;该模型包含摄像机成像光路以及激光面折射关系。 分别标定了摄像机参数与结构光系统参数。标定摄像机采用的是张正友的基于平面靶标的标定方法，靶标是棋盘靶标;同时采用该靶标标定测量系统中摄像机坐标系与振镜坐标系之间的平移转换关系，完成对整个系统的标定。 针对结构光系统的水下折射补偿方法提出了改进，既克服了水下光线折射对测量结果的影响，也降低了密封处玻璃折射的影响。对折射后的激光平面进行重进计算，对摄像机成像光路因折射造成的偏移进行补偿，使在陆上标定所得参数适用于水下测量，获取被测物体的三维信息。 通过对测量数据的分析处理，得到目标物体的三维信息，实现物体的定位。通过标定视觉系统与机械手坐标系，可以实现对水下机械手的视觉引导。 针对本课题要求进行了一系列的实验。通过基于OpenCV的标定实验表明所采用的标定方法具有较小误差;通过水下测量标准形状的物体分析可知测量结果具有较高精度;通过水下识别不同物体的实验，表明该测量系统提供的三维数据能满足视觉引导与定位的精度要求。
水下机器人;航洋观测;水下结构光测量;视觉引导;视觉定位
中国海洋大学
硕士
控制工程
解则晓
2015
中文
TP242
66
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）