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专利号: 2017102920670
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:包括电源、处理器、电机、相机、标定板、连接杆、水质监测模块和电脑,其中:所述电脑驱动相机进行拍摄,电脑还通过处理器驱动电机,所述电机通过连接杆驱动标定板相对于相机运动,所述处理器还与水质监测模块通信;

所述电源连接处理器和电机驱动电路,并为其供电。

2.根据权利要求1所述的自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:所述处理器,用于接受电脑的操作指令后,发出指令控制电机驱动电路,使得电机驱动电路驱动电机的运行,从而带动连接杆,使得标定板到达指定的位置,进行水下标定。

3.根据权利要求1所述的自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:所述处理器通过电机驱动电路驱动电机运动。

4.根据权利要求3所述的自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:所述电源包括

12v锂电池和5V的模块电源,5v模块电源通过转换器将12v锂电池电压转为5v,其中12V为电机提供电源,5V为处理器提供电源。

5.根据权利要求1所述的自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:所述相机外设置有防护罩。

6.根据权利要求3所述的自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:所述处理器是型号为STM32F107的芯片;电机驱动电路为L298;电机是型号为42HS34-12D5-21-IP68的防水高精密步进电机;相机是型号为CAM01A的水下摄像机;水质监测模块是型号为MPE 400的多参数环境传感器。

7.根据权利要求1所述的自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:所述水质监测模块,用于检测当前水域的水质情况,包括当前水域的电导率,溶解氧,ORP,pH值,温度,水位和压力。

8.根据权利要求1所述的自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:所述电脑,用于获取和保存相机拍摄的图片,还用于计算相机的标定参数。

9.根据权利要求1所述的自适应水质的水下相机标定装置,其特征在于:计算相机标定参数包括以下步骤:步骤(1)、进行空气中标定:相机在空气中拍摄包含标定板的图片,计算出相机的内部参数以及每张照片对应的外部参数,空气中相机标定方程为:式(1)和(2)中A是相机的内部参数矩阵,B是相机的投影矩阵,相机的投影矩阵在水下环境会发生变化,C是相机的外部参数矩阵,其中:R表示旋转变换,t表示平移变换;[u v 1]T是图像的像素点齐次坐标;u是像素的横向坐标,v是像素的纵向坐标,u,v是图像坐标系,[xw yw zw 1]T表示世界齐次坐标,xw,yw,zw是世界坐标系;(u0,v0)是图像的中心坐标;dy是图像纵向方向单个像素的物理尺寸;dx是图像横向方向单个像素的物理尺寸;f是相机的焦距;电脑根据上述公式计算出内部参数dx,dy,f,以及外部参数R和t;

步骤(2)、获取水下的图片:保持相机与标定板最后一次拍摄图片的位置,将相机放入水中,在水下拍摄m张图片,m为预先设定的数目,将拍摄的图片传给电脑;在这个过程中,保证相机与标定板的外部参数保持不变;

步骤(3)、进行水下标定:根据得到拍摄后的水下图片,继续通过步骤(1)中的式(1)和式(2),得到现在情况下相机的m组内部参数;

步骤(4)、对进行标定的水下图片进行滤波;将测定的m组内部参数按从大到小的顺序排列,由可疑值与其相邻值之差的绝对值除以极差,求得Q值;

其中:X疑是所要判定的值,X邻是要判定值得邻近值,X最大是这些数值中最大的值,X最小是这些数值中最小的值;Q值愈大,表明可疑值离群愈远;计算m张照片的Q值,比较Q值与预先设定的p值,p值为标准值,其中Q值≥p值的舍去,在p值范围内的留下,最后留下m*张图片;

步骤(5)、对剩下的m*张图片处理,根据水下投影公式(4),计算现在水下投影矩阵的结果;

式(4)为考虑到水下折射,推倒出的水下投影矩阵,n0=nair/nwater,

nwater是水的折射率,nair是空气的折射率,xu,yu是成像点的物理二维坐标;通过空气中标定,已经获得的相机内部参数、外部参数以及水下标定之后的参数,可以将水下投影矩阵的参数求解出来,输出水下投影矩阵参数;

步骤(6)、结束输出:保存结果,保存步骤(5)处理后的水下投影矩阵参数,保存标定结果。