[发明专利]波浪三维高度场的图像重构方法及图像重构试验系统

说明书

本发明涉及一种波浪三维高度场的图像重构方法及图像重构试验系统。该方法包括如下步骤：步骤一，水面预处理，使用二氧化钛将目标试验区域的水面染成白色；步骤二，随机生成迷彩图形，并利用投影仪将迷彩图形投影至目标试验区域的水面；步骤三，制造波浪，使用两个重构相机从目标试验区域的上方采集目标试验区域的重构用图像，同时使用两个验证相机从目标试验区域的侧方采集目标试验区域的验证用图像；步骤四，采用归一化互相关算法对重构用图像进行问询匹配，并得到在原始坐标系下的初步重构图像；步骤五，坐标变换，将原始坐标系变换到目标坐标系；步骤六，重构结果验证。根据本发明的图像重构方法的重构精度高、空间分辨率高。

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，尤其涉及一种波浪三维高度场的图像重构方法及图像重构试验系统。

背景技术

波浪传播的演化规律是流体力学研究中的一个重要方向，是所有海洋工程问题的必要考虑因素之一。如何明晰波浪传播时波面高度的演化规律则是流体力学研究的一项重要问题。传统的波浪高度测量仪器为浪高仪，浪高仪是单点式侵入测量，不仅不利于进行大范围的波面高度测量，当波浪发生破碎时，由浪高仪的工作原理可知其无法测量不连续的水面。作为非侵入式的全场测量技术，以双目视觉为代表的基于光学图像方法的图像三维重构技术，无疑是波浪高度测量的一个可靠选择。

公告号为“CN105136108B”的专利公开了一种基于立体视觉高精度波浪浪高测量方法，其属于一种基于光学图像方法的图像三维重构技术。但是，该专利中使用纳米气泡机将水面变成乳白色，这样使得水中会悬浮大量汽泡而对波浪的传播造成无法忽视的影响，此外，该专利中利用投影仪将黑白多边形网格图案投影到水面上，采用尺度不变特征(sift)算法提取水面特征点，该方法的空间分辨率有限。因此，该专利中的图像三维重构方法存在精度和空间分辨率相对不高的问题。

发明内容

基于现有技术中的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种波浪三维高度场的图像重构方法及图像重构试验系统，其能够大大提高波浪三维高度场的重构精度和空间分辨率，且能够对重构结果进行重构精度验证。

为此，本发明提供如下技术方案。

本发明提供一种波浪三维高度场的图像重构方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，水面预处理，使用二氧化钛将目标试验区域的水面染成白色；

步骤二，对目标试验区域进行投影，随机生成迷彩图形，并利用投影仪将所述迷彩图形投影至所述目标试验区域的水面；

步骤三，制造波浪，使用两个重构相机从所述目标试验区域的上方采集所述目标试验区域的重构用图像，同时使用两个验证相机从所述目标试验区域的侧方采集所述目标试验区域的验证用图像；

步骤四，采用归一化互相关算法对所述重构用图像进行问询匹配，并计算匹配点的空间点坐标，得到在原始坐标系下的初步重构图像；

步骤五，坐标变换，将原始坐标系变换到目标坐标系，得到目标坐标系中的最终重构图像；

步骤六，重构结果验证，基于所述验证用图像得到目标坐标系中的最终验证图像，将所述最终重构图像与所述最终验证图像进行比较，确认图像重构的精度。

在至少一个实施方式中，在进行试验之前，对所述重构相机进行标定以获得相机内外参数和镜头畸变系数，对所述验证相机进行标定以得到所述验证用图像的比例尺。

在至少一个实施方式中，在所述步骤四之前，对所述重构用图像基于所述镜头畸变系数进行去除畸变操作，且基于所述相机内外参数进行极线校正操作。

在至少一个实施方式中，在所述步骤四之前，对所述重构用图像进行预处理以降低局部的亮度。