[发明专利]一种自适应水质的水下相机标定装置

权利要求书

1.一种自适应水质的水下相机标定装置，其特征在于：包括电源、处理器、电机、相机、标定板、连接杆、水质监测模块和电脑，其中：

所述电脑驱动相机进行拍摄，电脑还通过处理器驱动电机，所述电机通过连接杆驱动标定板相对于相机运动，所述处理器还与水质监测模块通信；

所述电源连接处理器和电机驱动电路，并为其供电；

其中，所述电脑，用于获取和保存相机拍摄的图片，还用于计算相机的标定参数；

计算相机标定参数包括以下步骤：

步骤(1)、进行空气中标定：相机在空气中拍摄包含标定板的图片，计算出相机的内部参数以及每张照片对应的外部参数，空气中相机标定方程为：

式(1)和(2)中A是相机的内部参数矩阵，B是相机的投影矩阵，相机的投影矩阵在水下环境会发生变化，C是相机的外部参数矩阵，其中：R表示旋转变换，t表示平移变换；[u v 1]^τ是图像的像素点齐次坐标；u是像素的横向坐标，v是像素的纵向坐标，u，v是图像坐标系，[x_wy_w z_w 1]^τ表示世界齐次坐标，x_w，y_w，z_w是世界坐标系；(u₀，v₀)是图像的中心坐标；d_y是图像纵向方向单个像素的物理尺寸；d_x是图像横向方向单个像素的物理尺寸；f是相机的焦距；电脑根据上述公式计算出内部参数d_x，d_y，f，以及外部参数R和t；

步骤(2)、获取水下的图片：保持相机与标定板最后一次拍摄图片的位置，将相机放入水中，在水下拍摄m张图片，m为预先设定的数目，将拍摄的图片传给电脑；在这个过程中，保证相机与标定板的外部参数保持不变；

步骤(3)、进行水下标定：根据得到拍摄后的水下图片，继续通过步骤(1)中的式(1)和式(2)，得到现在情况下相机的m组内部参数；

步骤(4)、对进行标定的水下图片进行滤波；将测定的m组内部参数按从大到小的顺序排列，由可疑值与其相邻值之差的绝对值除以极差，求得Q值；

其中：X_疑是所要判定的值，X_邻是要判定值得邻近值，X_最大是这些数值中最大的值，X_最小是这些数值中最小的值；Q值愈大，表明可疑值离群愈远；计算m张照片的Q值，比较Q值与预先设定的p值，p值为标准值，其中Q值≥p值的舍去，在p值范围内的留下，最后留下m*张图片；

步骤(5)、对剩下的m*张图片处理，根据水下投影公式(4)，计算现在水下投影矩阵的结果；

式(4)为考虑到水下折射，推倒出的水下投影矩阵，n₀＝n_air/n_water,n_water是水的折射率，n_air是空气的折射率，x_u，y_u是成像点的物理二维坐标；通过空气中标定，已经获得的相机内部参数、外部参数以及水下标定之后的参数，可以将水下投影矩阵的参数求解出来，输出水下投影矩阵参数；

步骤(6)、结束输出：保存结果，保存步骤(5)处理后的水下投影矩阵参数，保存标定结果。

2.根据权利要求1所述的自适应水质的水下相机标定装置，其特征在于：所述处理器，用于接受电脑的操作指令后，发出指令控制电机驱动电路，使得电机驱动电路驱动电机的运行，从而带动连接杆，使得标定板到达指定的位置，进行水下标定。

3.根据权利要求1所述的自适应水质的水下相机标定装置，其特征在于：所述处理器通过电机驱动电路驱动电机运动。

4.根据权利要求3所述的自适应水质的水下相机标定装置，其特征在于：所述电源包括12v锂电池和5V的模块电源，5v模块电源通过转换器将12v锂电池电压转为5v，其中12V为电机提供电源，5V为处理器提供电源。