河流自然水体中三维视觉测量

作者：许丽^*; 周永昊; 陆桂明^*; 周金峰; 张帆; 罗文宇

来源：光学精密工程, 2021, 29(10): 2465-2480.

• 三维视觉测量
• 河流水下测量
• 结构光
• 径向多线投影模式

针对水体浑浊所造成水下图像退化和多介质引起的光线路径改变等问题,提出了基于径向多线结构光的水下视觉测量方法。首先,建立了基于折射的水下视觉测量模型,在投影仪垂直于折射平面投射且光平面经过投射光轴的条件下,陆上光平面和水下光平面共面,陆上标定可代替水下标定;采用蒙特卡洛模拟方法,分析了像点误差对点云计算精度的影响。其次,设计了黑白交错的中心旋转径向多线编码光模式;采用黑白条纹边缘作为测量点,减弱了编码光解码对图像质量的依赖性;通过中心旋转的方式,提高了表面的测量分辨率。最后,在1 m×1.2 m×0.8 m的水体中加入泥沙模拟自然河流水体环境,实验分析了浑浊水体对条纹提取、编码光解码和三维视觉测量精度的影响。实验结果表明,该方法在1 500 mm的测量距离上,对清水条件下的瓷瓶进行了不规则表面的三维表面测量;对清水、含有40,60和90 g泥沙的浑水中规则物体进行三维表面测量,获得了平面残差分别为0.95,1.93,5.43和21.43 mm的测量结果;当泥沙量超过某数值(如60 g)时,条纹提取精度急剧恶化,泥沙量为40和90 g的浑水中测量平面拟合残差从1.93 mm增加到21.43 mm。

• 单位
  华北水利水电大学; 物理与电子学院