(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210829794.7 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 东南大学 地址 210018 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 邵新星　童子祥　谷柳凝　侯士通　 胡晓函　吴刚　何小元　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 殷星 (51)Int.Cl. G01B 11/24(2006.01) G01C 13/00(2006.01) G06T 7/521(2017.01) G06T 7/80(2017.01)G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于红外衍射光斑和双目视觉的浑水 三维点云测量方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于红外衍射光斑和双 目视觉的浑水三维点云测量方法， 该方法包括如 下步骤： （1） 搭建基于红外衍射光斑和双目视觉 的水下光学三维形貌测量系统； （2） 构建水下红 外相机成像模 型， 对水下红外相机系统的折射参 数进行标定， 校正因为介质折射率不同导致的偏 差； （3） 在被测物 体表面投射红外衍射光斑， 作为 被测物表面的形貌信息载体； （4） 相机采集图像， 基于浑水图像退化模型对采集的图像做 图像增 强处理； （5） 通过计算得到某阶段物体表面局部 光学三维形貌点云数据， 移动光学测量装置得到 各阶段物体表 面局部光学三维形貌点云数据。 本 发明克服水下测量中的光线折射问题， 消除了折 射产生的误差， 提高了水下光学测量方法的精 度。 权利要求书3页 说明书4页 附图3页 CN 115200505 A 2022.10.18 CN 115200505 A 1.一种基于红外衍射光斑和双目视觉的浑水三维点云测量方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 步骤1， 搭建水下光学三维形貌测量系统， 将红外相机、 相机防水罩、 相机固定架、 D OE激 光器根据测量方案合理放置并固定， 使用标定 板对红外相机的内参和外参进行 标定； 步骤2， 根据步骤1中标定出的相机内参和外参， 对水下相机的折射参数进行标定， 得到 水下折射成像模型， 所述水下折射成像模型用以校正光线在经过不同介质时由折射率不同 引起的误差； 步骤3， 设置D OE激光器的参数， 使D OE激光器在水下物体表面上投射的衍射光斑能够覆 盖红外相机视场， 并且单个光斑的大小在红外相机画面中占据5 ‑10个像素， 所述衍射光斑 作为被测物 表面的形貌信息载体； 步骤4， 通过红外相机采集红外光斑图像， 基于水下图像退化模型， 对采集的图像做图 像增强处 理， 获得高质量红外衍 射光斑； 步骤5， 通过计算得到某阶段物体表面局部光学三维形貌点云数据， 移动光学测量装置 得到各阶段物体表面局部光学三维形貌点云数据。 2.根据权利要求1所述的一种基于红外衍射光斑和双目视觉的浑水三维点云测量方 法， 其特征在于， 内参标定参数包括： 镜头焦距f， 主点位置(u0,v0)， 像元尺寸(Sx,Sy)以及镜 头畸变参数， 所述的镜头畸变参数包括6阶径向畸变参数K1、 K2、 K3、 K4、 K5、 K6和2阶切向畸变 数P1、 P2； 外参标定参数包括： 两台红外相机之间的旋转矩阵R和平移矩阵t， 所述旋转矩阵R 包括r11、 r12、 r13、 r21、 r22、 r23、 r31、 r32、 r33六个参数， 平移矩阵t包括t1、 t2、 t3三个参数。 3.根据权利要求1所述的一种基于红外衍射光斑和双目视觉的浑水三维点云测量方 法， 其特征在于， 步骤2中对水下相机的折射参数进行标定， 具体步骤如下： 当步骤1中所述 红外相机的个位为2个时， 两台红外相机(C0、 C1)放置于有 透明平板观察窗的 防水罩中， 来自 P点的光线经由水体、 玻璃观察窗、 空气三种介质成像于感光靶面， 空气、 玻璃、 水的折射率 分别为n1、 n2、 n3， 倘若不做任何折射校正处理， 得到的三维点即为P ′, ‖P‑P′‖ 即为误差； 在左 相机坐标系C0‑XYZ中， C0＝(0,0,0)， C1＝t＝(tx,ty,tz)， 其中t为相机外参中的平移矩阵， 利 用P′点在左相机(C0)和右相机(C1)中的坐标， 可以得到光线向量 l1和l1′： 则在左相机坐标系C0‑XYZ中， l1和l1′向量所处的直线方程 为： 根据空气层厚度D1以及折射面法向量 n， 可以得到折 射面Π1的方程：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115200505 A 2Π1： nTX+D1＝0 光线l1和光线l1′与折射面Π1的交点分别为P1、 P1′: 当光线经过空气和玻璃的折射面Π1时， 由于折射率不同会发生折射,根据斯 涅耳定律， 折射后的光线向量 l2和l2′分别为： 假设P1、 P1′的坐标分别为(X1,Y1,Z1)和(X1′,Y1′,Z1′)， 则l2和l2′向量所处的直线方程 为： 根据玻璃层厚度D2以及折射面法向量 n， 可以得到折 射面Π2的方程： Π2： nTX+D1+D2＝0 光线l2和光线l2′与折射面Π2的交点分别为P2、 P2′: 同理， 折射后的光线向量 l3和l3′分别为： 利用最小二乘法计算l3和l3′的交点， 可以得到真实物点P， 即消除了折射的影响， 因此， 标定的折射模型中应包括以下参数： 相机光心到观察 窗内表面的距离D1， 观察窗厚度D2， 观 察窗平面的法向量 n＝(nx,ny,nz)。 4.根据权利要求1所述的一种基于红外衍射光斑和双目视觉的浑水三维点云测量方 法， 其特征在于， 为了标定出折射模型中的折射参数， 需要对折射模型进行标定， 即确定观 察窗内外折射面在相 机坐标系 下的方程， 使用的方法包括但不限于： 在观察窗内外表面布 置普通散斑、 标志点、 荧 光散斑。 5.根据权利要求1所述的一种基于红外衍射光斑和双目视觉的浑水三维点云测量方权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115200505 A 3