水下视觉测距系统的设计与实现

【摘要】随着近些年来陆地资源的日益损耗，各国争相开展海洋资源发掘和开发。相对于陆地资源的利用，海洋开发必然要克服水下环境复杂，水下工作难以实施等问题。比如，水下设备投放工作常常由于对水深、水下投放点环境等信息的未知，无法及时确定投放方式，进而可能对投放设备造成触底损坏。这不仅增加了不必要的成本浪费，而且大大降低了海域资源的探测效率。一直以来，水下测距工作主要由超声波测距、激光测距、电磁波测距等传统测距技术完成。测绘人员根据不同的测量范围及精度要求，选择相应的测距工具应用于特定环境的测距工作。近年来，很多国内外学者将计算机视觉这一新兴发展的学科引入测距技术，并对此开展了系统的研究。水下视觉测距作为机器视觉在测距领域的创新性应用，在测量精度及算法实现上，相对于传统测距技术，逐渐显露出极大的优越性。尤其，声呐作为目前较为成熟水下测距工具，由于在短距离的测距精度上差强人意，不能满足设备在水下的防护功能。而且，不同于大型水下地形扫描系统，本课题主要针对水下短距离测距进行视觉模型建立和算法研究，在保证测距效率和算法可行的基础上，设计一种符合精度要求的水下短距离视觉测距系统。本课题对目前主要的水下测距技术及产品的精度及测量范围进行了统计和对比，进一步验证计算机视觉在水下短距离测距应用中的可行性及其在特定测量环境的优越性。根据课题的测距原理及实现流程，将本系统的研究内容主要分为图像采集部分、图像分析处理部分两部分。图像采集部分负责海底面激光点的图像采集，图像处理分析部分主要负责对获取的图像进行目标识别，获取必要的模型参数，并按照系统的数学模型，计算出设备距离海底平面的深度信息。由于本系统涉及大量的算法应用和验证，因此使用MicrosoftVisualStudio2008开发视觉测距模型。本课题要完成的主要工作：系统总体设计、摄像机成像模型及标定算法实现、单目三点视觉测距系统的模型建立及算法实现、双目三点视觉测距系统的模型建立及算法实现，以及系统调试和实验结果的数据分析。系统总体设计主要包括核心算法设计、系统框架设计、图像采集装置中摄像机、图像采集卡、激光发射器的选型，以及开发语言及开发环境的介绍。摄像机成像模型及标定主要介绍了摄像机的成像原理及标定算法。单目三点视觉测距系统设计主要包括单目测距系统模型的基本原理、单目图像采集装置的设计、单目图像处理部分算法设计和实现。双目三点视觉测距系统设计主要包括双目测距系统模型的基本原理、双目图像采集装置的设计、双目图像处理的算法设计及实现。系统测试包括摄像机标定测试，图像处理算法测试，系统总体测试。其中，图像处理算法测试是最为复杂和重要的测试部分，是整个测试环节的关键。系统总体测试主要负责对整个测距流程的完整实施，并获得一系列可靠的测距结果。经过数周的测试可知：系统的精度在一定测量范围内符合预期的要求。通过对测试结果的分析和图像处理算法的验证，进一步完善视觉测距系统的理论实践工作。
【作者】衡靓靓；
【导师】刘敬彪；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】水下测距；激光；摄像头标定；数字图像处理；

【参考文献】
[1]吕亚梅.基于主成分分析法的湖北省可持续发展水平综合评价[D].武汉理工大学,应用数学,2012,硕士.
[2]赵兴文.论合同解释的主体与规则运用[D].西南政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[3]高翠华.石家庄市商品住宅价格影响因素分析[D].辽宁工程技术大学,产业经济学,2012,硕士.
[4]眭蕴慧.补肾益气活血法对人骨关节炎软骨细胞增殖及MAPKs信号通路干预作用的研究[D].北京中医药大学,中医内科学,2014,硕士.
[5]冯挺.基于PC/104的可程控功率信号源设计[D].西北工业大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[6]杜艺.陈逸飞油画风格演变与影响[D].江苏师范大学,美术学,2013,硕士.
[7]方铭清.BiOI/Bi_2S_3和Bi_2S_3/P3HT异质结薄膜的制备、表征及其光电转换性能研究[D].华中师范大学,2014.
[8]陈宇.柯林斯两部小说中的维多利亚男性气质危机与身份焦虑[D].西南大学,英语语言文学,2014,硕士.
[9]王定芳.金融创新与金融监管制度分析[D].湘潭大学,政治经济学,2002,硕士.
[10]谢芬.论行政强制程序的谦抑属性[D].湖南师范大学,法学理论,2013,硕士.
[11]钟春仿.结构突变理论及其对上证指数的实证[D].东北财经大学,数量经济学,2003,硕士.
[12]马立雄,倪洁.天猫、京东和当当发展战略的比较研究[J].商业经济,2014,07:77-79.
[13]夏凝娴.管理者背景特征与企业信用风险关系研究[D].苏州大学,会计（专业学位）,2014,硕士.
[14]史元敏.蟠桃磷脂酶D基因的克隆及功能分析[D].新疆农业大学,果树学,2012,硕士.
[15]黄坚.肌钙蛋白Ⅰ对不稳定型心绞痛患者微小心肌损伤诊断临床意义[D].苏州大学,内科学,2002,硕士.
[16]张迪.新媒体环境下有关突发事件的谣言传播研究[D].黑龙江大学,传播学,2013,硕士.
[17]沈舒怡.技术翻译的质量控制[D].上海外国语大学,翻译（专业学位）,2014,硕士.
[18]赵久慧.浅析译本校对的若干问题[D].吉林大学,翻译,2014,硕士.
[19]郗雯.中国资本账户开放的效应与模式选择[D].山西财经大学,金融学,2013,硕士.
[20]于瑞.我国股票市场与房地产市场相关性实证研究[D].复旦大学,金融学,2012,硕士.
[21]丁鲲.电磁特异介质的若干理论问题研究[D].复旦大学,2013.
[22]张林.清初徽州地区动荡的探究[D].安徽大学,中国古代史,2013,硕士.
[23]王鲁妹.跨文化交际中的“行为定型”研究[D].首都师范大学,俄语语言文学,2014,硕士.
[24]张淑清,翟欣沛,刘永富,唐佰文,赵玉春.滑动去趋势波动分析在电能质量暂态扰动检测中的应用[J].电力系统自动化,2012,08:52-57.
[25]张新占.桥梁管理系统研究[D].长安大学,2004.
[26]陈鹏.高速铁路轴承试验台特性研究[D].浙江大学,2014.
[27]黄勇.Ecoli YggG功能与其相互作用因子研究[D].第四军医大学,生物化学与分子生物学,2004,硕士.
[28]刘清俊.新型城市化视角下湖南省城市土地集约节约利用研究[D].湖南师范大学,人文地理学,2014,硕士.
[29]刘祖华.应用于WLAN的低噪声放大器设计及射频收发前端集成[D].广东工业大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[30]程春华,胡云安,吴进华.非仿射纯反馈非线性系统的自抗扰控制[J].自动化学报,2014,07:1528-1536.
[31]周先婷.20世纪上半叶胡适与冯友兰名家观比较[D].黑龙江大学,中国哲学,2013,硕士.
[32]何建建.原发性高血压患者室性心律失常发生机制的探讨[D].河北医科大学,内科学,2013,硕士.
[33]陈虹宇.基于荧光光谱法港口近距溢油监测报警系统[D].大连海事大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[34]郑海燕.初二学生知觉到的教师期望与自我价值感及成就目标的关系及干预研究[D].东北师范大学,发展与教育心理学,2003,硕士.
[35]霍晓姣.卵巢切除模拟绝经期睡眠障碍的行为学研究[D].复旦大学,医学神经生物学,2010,硕士.
[36]周爱武.丝电爆制备纳米粉电参数的测试及分析研究[D].兰州理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[37]陈延昭.黑河中游制种玉米水氮耦合效应的研究[D].甘肃农业大学,生态学,2013,硕士.
[38]赵艳娥,张家栋,许安国,乐远,贺锦.高校实验技术队伍建设的激励措施探讨[J].实验技术与管理,2014,09:235-237.
[39]康烨.前后压差对调节阀不平衡力的影响[D].宁夏大学,机械工程,2014,硕士.
[40]杨小娜.合肥城市公园系统构建研究[D].安徽建筑工业学院,城市规划与设计,2012,硕士.
[41]米利国.工业机器人轨迹寻优算法研究与实现[D].内蒙古大学,模式识别与智能系统,2014,硕士.
[42]赵广社,张希仁.数据挖掘中的统计方法概述[J].计算机测量与控制,2003,12:914-917.
[43]徐静娴.地方政府创新奖评选机制研究[D].苏州大学,行政管理,2013,硕士.
[44]张莲伟.国际私法中的消费者保护[D].哈尔滨工业大学,国际法学,2013,硕士.
[45]梁昕.印染污泥—木屑混合制备活性炭及其对刚果红吸附性能的研究[D].广东工业大学,环境工程,2014,硕士.
[46]徐缘钊.肾病综合征中医证型分布及相关实验研究[D].广州中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[47]郭威.航达公司生产系统优化模型的研究[D].大连理工大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[48]张婷.商业空间室内设计多维度模型构建研究[D].西南交通大学,设计艺术学,2014,硕士.
[49]侯鹏.智能机器人运动控制系统及算法研究[D].北京交通大学,电路与系统,2013,硕士.
[50]林红英,袁金苹,刘应良,徐慎刚,曹少魁.乙酰丙酮铁改性二氧化钛/氧化石墨烯杂化材料的制备及其光催化降解染料[A].河南省化学会.河南省化学会2014年学术年会论文摘要集[C].河南省化学会:,2014:1.