[发明专利]基于光场多层折射模型的水下三维重建装置和方法

权利要求书

1.一种基于光场多层折射模型的水下三维重建装置，包括两个高速相机封装仓(1，2)和一个激光扫描系统及计算单元封装仓(3)，其特征在于所述两个高速相机封装仓(1，2)对称安装一个耐高压连接管(4)的两端，激光扫描系统及计算单元封装仓(3)安装于其中间；激光扫描系统包括一个金属摆镜(6)和一个激光器(5)，摆动时可使激光器(5)发射的线激光在相机视场内扫描；由于水下没有可以满足USB3.0传输速率的水密接插件，因此采用内部连线方式可保证传输速率，并且减少了连接件的数量，提高了系统稳定性。

2.一种基于光场多层折射模型的水下三维重建方法，采用根据权利要求1所述基于光场多层折射模型的水下三维重建装置进行操作，其特征在于操作步骤如下：

步骤a：在空气中对左相机和右相机分别进行单相机标定，获得单相机的内参数相机矩阵cameraMatrixL、cameraMatrixR和畸变distortionL、distortionR；

步骤b：采用中国专利CN201710702222.1中的“基于多层折射模型的水下立体视觉系统标定方法”在水池内对相机进行标定，获得两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和立体外参数t_{l_r}，R_{l_r}；

步骤c：在测定海域拍摄一组有靶标的清晰图片，测定拍摄海域海水折射率μ；

步骤d：对相机视场内的物体进行扫描拍摄，获得一系列有激光条纹的图片组；

步骤e：对获得的图片组进行激光条纹中心提取，并基于多层折射模型进行激光光条三维点的计算。

3.根据权利要求2所述的基于光场多层折射模型的水下三维重建方法，其特征在于，所述步骤b中的相机标定，包括以下步骤：

步骤(b-1)：拍摄水池中的棋盘格标定板，在1m—2m之间任意选定8个位置拍摄图片，图片在两个相机视场中大致位于中间位置，标定板倾斜角度不可太大，要保证拍得的图片角点清晰；

步骤(b-2)：使用Harris角点检测法提取拍摄到的棋盘格图片角点，使用预先标定的单相机标定参数cameraMatrixL、cameraMatrixR、distrotionL、distortionR对角点坐标去除畸变；

步骤(b-3)：选择待标定参数的初值，取法线初值n＝[001]和折射率初值miu＝[11.51.33]，迭代计算出两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和外参数R_{l_r}，t_{l_r}。