基于双目立体视觉的水下立体匹配技术

作     者：邓泽军 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙志锋

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 0707[理学-海洋科学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：双目立体视觉 相机标定 水下图像清晰化 立体匹配 

摘      要：随着海洋开发的快速发展,人们对海洋环境的探索愈加深刻。双目立体视觉是一种对水下环境探索非常好的方式。然而,由于水下的复杂环境,摄像头在水下拍摄发生折射问题,造成图像的畸变,以及水下环境对光线的吸收、散射和衰减的作用,水下图像往往存在质量下降的问题,如模糊和颜色失真。这对水下作业任务系统具有很大的阻碍。本文针对水下立体视觉的应用,主要完成了以下工作:（1）研究了关于相机的标定方法,针对水下摄像机成像过程建立了几何模型,分析了摄相机在水下和空气中的成像差异。根据摄像机在空气和水中图像成像的变换关系,对相机在空气中和水中进行了标定实验进行对标定结果的验证。提出了在空气中对相机进行标定然后在水下使用的方法,解决了在水下对相机标定不方便、不准确的问题。（2）对水下图像退化问题进行了研究,针对水下图像质量退化的问题,介绍了目前的图像增强和图像复原算法,分析了光线在水中的传输特性及水下成像模型,提出了一种基于暗通道的水下图像复原算法,该算法根据水下成像的原理,研究了环境光以及透射的估计。最后,通过水下实验验证本方法在水下图像复原方面的效果并进行了对比试验。（3）研究水下立体匹配的原理,并进行水下双目立体匹配实验,根据在空气中标定的双目摄像机采集水下的图像,再根据我们研究的水下图像清晰化处理技术进行预处理,对立体匹配技术在水下的应用进行了详细的研究。然后使用半全局立体匹配技术实现立体匹配功能,根据立体匹配技术求得视差图,可以实现水下图像深度的测量。