激光数字化海浪测量中多区域水面实时三维重建方法研究

摘要

依据项目需求，本文研究了基于单目视觉测量方法的数字化海浪测量系统中的多区域水面三维重建方法。本方法可以满足高精度、实时测量等海浪测量需求。本文在阐述了国内外关于海浪测量的发展现状的基础上，研究了基于线结构光的单目视觉测量方法在海浪测量中的应用。结合水面成像特性，从结构光视觉测量中特征提取、多区域测量拼接方法及曲面三维重建等方面，展开了一系列的研究，并且设计完成了相应的实验验证。实验表明，本文所采用的方法满足海浪测量需求，精度高、实时性好。
　　本文主要研究内容包括:
　　1.针对课题需求，阐述了课题研究背景与国内外关于海浪测量的研究概况。对比其他测量方法，概述本文测量系统的测量方法。
　　2.简述了结合线结构光的单目视觉测量方法原理，并且从线激光的特点及激光在水面成像的特性分析了系统中获取激光图片的成像特点。根据成像特点，本文提出了分区域二值化方法，快速搜索激光区域，并对不同激光线条形成的激光区域进行分类，提取激光点。实验表明，该方法切实可行，稳定性高，可以快速提取激光点。
　　3.根据测量系统多区域的要求，本文提出了一种基于ICP的视场拼接方法。本方法不需要在测量中对两个区域的特征点进行匹配，而是在测量前通过在两测量区域的重叠区域内放置标定靶标，根据靶标在两个视场内的测量数据，进行拼接计算，得到完整测量数据。
　　4.根据测量需求，最终根据测量数据进行海面的三维重建。本文根据海面测量数据的特点，研究了曲面三维重建的方法，根据本系统的特点，提出了一种快速网格化三维曲面重建的方法，并且使用OpenGL实现了可视化软件的设计。根据实验，可以良好的反映出海浪波动的三维情况。
　　5.结合测量系统的设计，本文设计了系统性能验证的实验。通过实验的设计，检验系统对于水面测量的精度、实时性等参数。实验结果表明，本系统满足要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 海浪测量方法

1．2．2 本系统测量方法

1．3 本文的主要研究内容

第二章 海浪单目视觉测量

2．1 单目视觉测量

2．1．1 相机成像模型

2．1．2 空间约束

2．2 激光海浪图像处理

2．2．1 波浪图像形成分析

2．2．2 波浪图像处理方法

2．3 小结

第三章 视场拼接及三维重建

3．1 拼接方法

3．2 ICP拼接及优化算法

3．2．1 ICP拼接原理

3．2．2 多视场拼接

3．3 曲面三维重建

3．3．1 曲面重建方法

3．3．2 海面三维重建

3．4 小结

第四章 激光数字化海浪测量系统

4．1 测量系统构成

4．1．1 光学成像参数

4．1．2 系统构成

4．2 软件算法

4．2．1 图像处理

4．2．2 视场拼接

4．2．3 三维重建

4．3 小结

第五章 拼接实验及误差分析

5．1 拼接实验及测量结果

5．1．1 实时性能

5．1．2 测量精度

5．2 误差分析

5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢