[发明专利]一种用于TOF相机水下成像的图像深度矫正方法

说明书

本发明提出一种用于TOF相机水下成像的折射矫正方法，首先利用TOF相机采集水下图像信息，获取未校正前的图像深度；进一步求解TOF相机产生的光信号在相机与水下密封外壳透明介质之间的空气中的传播距离和传播时间，以及光信号在水下密封外壳透明介质内的传播距离以及传播时间；再根据公式解算出TOF相机校正后的深度信息。本发明针对TOF相机深度信息矫正需求，在snell定理的基础上结合TOF相机深度信息成像原理推导出TOF相机水下深度信息获取的定义式，实现TOF相机水下成像的折射矫正。

技术领域

本发明涉及相机水下成像技术领域，具体为一种用于TOF相机水下成像的图像深度矫正方法。

背景技术

随着海洋地质勘察、海洋资源勘探、军民用水下实验的研究与发展，水下光学成像、摄影摄像技术成为了探索海洋奥秘的基本方法之一，水下摄像机已成为水下机器人的标准配置。基于飞行时间原理(TOF)相机在普通相机二维成像的基础上增加了红外线相机，可以实现深度信息的识别和采集，获取物体之间更加丰富的位置关系，能够快速完成对目标的识别与追踪，目前在水下对接，水下抓取等方向有着极为广阔的应用前景。为了确保其能在水下环境工作，一般都会摄像机镜头前加装防水外壳，但由于光线在不同介质中会发生折射现象，从而导致生成的图像发生变化，影响图像形成的几何结构。

发明内容

目前对于水下相机折射矫正的研究和方法都是针对传统的二维成像的针孔相机模型，并没有相关文献针对TOF相机深度信息矫正技术的研究。

为了确保TOF相机可以在水下环境中使用，通常会通过水密外壳对相机进行密封处理，TOF相机的深度信息是通过红外相机采集光线折返时间进行求解，由于密封外壳以及光线在不同介质中传播会发生折射的原因，TOF相机在水下密封外壳中采集到深度信息无法真实反馈水中目标物的深度距离，本发明在光线折射模型的基础上，结合TOF相机独特的深度信息获取原理，提出了一种TOF相机水下成像的折射矫正方法，通过该方法可以获得TOF相机在密封外壳中矫正后的深度信息，为TOF相机在水下的广阔应用前景提供了基础且必要的条件。

本发明的技术方案为：

所述一种用于TOF相机水下成像的折射矫正方法，包括以下步骤：

步骤1：采集水下图像信息

利用TOF相机采集水下图像信息，获取未校正前的图像深度d_m：

d_m＝(t_m/2)c_air

其中t_m是由TOF相机记录的光信号从相机中发射到光信号从目标物返回的时间，c_air为光信号在空气中的传播速度；

步骤2：求解TOF相机产生的光信号在相机与水下密封外壳透明介质之间的空气中的传播距离l_a和传播时间t_a，以及光信号在水下密封外壳透明介质内的传播距离l_h以及传播时间t_h；

步骤3：根据公式

d_w＝x_o+l_wX_w||X_w||