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申请/专利权人：中国科学院地理科学与资源研究所

摘要：本公开提供的基于水下图像的卵石床面三维地形重构方法，包括：获取卵石床面的水下图像序列，该图像序列由对目标区域水面进行逐横断面拍摄得到的多张卵石床面的水下图像组成，每张水下图像中能拍到多个控制点，控制点布设在目标区域水面的两侧，控制点的上表面绘有规则的几何图案且有明确的中心点位置，将该中心点位置定义为控制点的坐标；基于运动恢复结构方法对图像序列进行空间计算，获得初始加密三维点云和数字正射影像；建立水面模型并计算栅格化点云的初始水深，对栅格化点云各点的初始水深进行折射校正，计算校正后床面高程并进行二次校正，获得目标卵石床面的水下三维地形。本公开的空间分辨率和精度高，不会对观测对象产生干扰。

主权项：1.一种基于水下图像的卵石床面三维地形重构方法，其特征在于，包括：1规定沿目标区域水面的长度方向为X轴，沿目标区域水面的宽度方向为Y轴，垂直于XY平面为Z轴；利用相机获取卵石床面的水下图像序列，拍摄过程中固定所述相机的焦距及沿X轴和Y轴运动的空间步长，所述相机的镜头朝向与水面垂直，所述水下图像序列由对目标区域水面进行逐横断面拍摄得到的多张卵石床面的水下图像组成，每张水下图像中至少能拍到2个控制点且相邻两张水下图像满足重叠度要求，所述控制点布设在目标区域水面的两侧，包括上表面绘有规则几何图案且坡度保持水平的平板，所述几何图案具有明确的中心点位置，将该中心点位置定义为控制点的坐标；2基于运动恢复结构方法对所述卵石床面的水下图像序列进行水下地形建模获得三维点云，利用控制点对所述三维点云进行空间数据配准，基于配准后的三维点云获得初始加密三维点云，并生成对应的数字正射影像；3基于所述数字正射影像生成包含目标区域的水面模型，将所述初始加密三维点云中位于所述水面模型以下部分筛选出，得到位于水下区域的三维点云，对所述位于水下区域的三维点云进行折射校正，获得校正后的水下地形和初始水深；4利用所述初始水深对校正后的水下地形再次修正，以此得到卵石床面的水下三维地形测量结果；步骤3具体包括以下步骤：在所述数字正射影像中，使用单点对水面边界点进行标定，并投影到初始加密三维点云，获取一系列水面边界点的空间坐标，基于水面边界点生成德劳内三角网格作为包含目标区域的水面模型；对所述初始加密三维点云进行栅格化处理，栅格的床面高程取值为栅格范围内包含的全部点云点的高程最大值，得到栅格化初始三维点云；计算所述栅格化初始三维点云到所述水面模型的距离，作为初始水深；将所述栅格化初始三维点云中初始水深小于0的三维点删除，得到位于水下区域的栅格点；对于每幅图像对应的相机位置，将根据运动恢复结构方法计算出的相机朝向角度以及相机的焦距和相机感光元件的尺寸计算该相机位置拍摄的图像对应的实际空间范围，落在该实际空间范围内的栅格点被认为对该相机位置可见；对于每个筛选出的位于水下区域的栅格点，根据下式对其进行折射校正，获得校正后的水下地形和初始水深： 其中，j代表位于水下区域的某一栅格点对第j个相机位置可见，rj为该第j个相机位置处相机光轴与水面之间的夹角，Xcj、Ycj分别为该第j个相机位置的X轴方向和Y轴方向坐标，Hwj为该第j个相机位置距水面模型的垂直距离，Xa、Ya、Za分别为该某一栅格点的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向坐标，da为该某一栅格点的初始水深，dj为依据第j个相机位置计算的该某一栅格点的校正水深，为图像范围包含该某一栅格点的全部图像对应的相机位置计算的平均校正水深，Zw为该某一栅格点水平位置对应的水面模型的高程，Zp为该某一栅格点校正后的床面高程，n1，n2分别为水与空气的折射率。

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百度查询： 中国科学院地理科学与资源研究所 基于水下图像的卵石床面三维地形重构方法