邓志颖
摘要：随着全球导航卫星系统的不断发展，定位服务逐渐渗透到人们的日常生活和工作中，成为不可或缺的一部分。随着人们对地理定位服务的日益习惯和依赖，人们对内陆导航定位应用的需求越来越大。基于多视觉原理的室内定位导航技术已成为许多技术领域的热点，并逐渐成熟。为了获得准确的目标位置，摄像机标定过程是内河航行的主要任务。校准精度决定最终定位精度。存在气液界面时，由于不同介质的折射率不同，传输时会出现视线偏转，现有的线性校正技术已不再适用，本文针对存在气—液界面条件的气液界面定标方法进行了研究，提出了一种限制水下机器人等特殊场景定位的方法。根据精准定位界面部位，调整线形针孔模型，合理地解决了在有气液界面出现的情形下无法精确校准的难点，摆脱了在封闭式体内测量时无法开展现场校准的困难，通过数值模拟，表明该方法具有较小的误差，可以满足室内定位精度要求。
关键词：室内定位;双眼视觉;气液界面;校准
中图分类号：G4 文献标识码：A
引言
近几年，信息科技飞速发展，各种电子器件智能产品日益普及化，而通讯卫星导航定位技术性能指标稳定，低成本，精确定位精准，已为我们所熟悉和运用。可是，在室内环境下，传统式的通讯卫星导航定位技术性所依靠的信号因为受混凝土结构阻碍物的遮蔽和房间内错综复杂的环境等要素的影响，促使网络信号大幅度降低，不能再次给予准确的手机定位服务。但室内定位在提升人民日常生活品质，提高商务服务能力，提升工业化生产效率，维护社会管理等层面，充分发挥着越来越大的作用。因此房间内精准定位技术的分析有着关键意义。校准是把物体的物理区域坐标与图像地区坐标一一对应的过程。为了更好地得到 目标的准确位置，照相机的校准过程是一个主要难题，其精密度影响着最终精度等级。在不能在现场对具体模型不能完成时，一般 选用当量校准。可是，在室内定位情境中，因为气液界面的存在，光源通过不同的物质会产生折射。现阶段等效校准方式 普遍存在着气液界面折射产生的视差、测量空间位置与标定法基准点位置不一致、镜片失真标定精度有限等一系列问题，使其不再适用。对特殊环境的室内作业（如水下机器人作业）进行研究具有一定的理论指导和实践参考意义。
一、方法说明
摄像机追踪拍摄的目标，它只能得到目标粒子（x方位和y方位）与摄像机镜头平面平行面的偏移。若想在竖直照相机摄像镜头（z方位）方向上得到 颗粒的偏移，您必须使摄像机镜头歪斜一个视角。可是，照相机摄像镜头歪斜对照相机显像有一定的影响，为了更好地降低不同摄像头的角度倾斜角，较为合理的办法是选用Scheimpflug激光光路走线方案。虽然闭合模型不能进行现场标定，但相机自身的内参仅与相机和透镜的几何相对位置有关，因此，在成像模型假设的条件下，可首先通过空气校正来确定相机内部参数。水-气界面使视场角产生映射，可选用界面优化算法和物面优化算法对该映射效用进行调整，根据对迭代法和有关法律的调整，最后确认了界面方程式和物面方程式，得出了更精准的视景方程式。由于这时物关互修是根据薄片产生的瞬间粒子图，获得颗粒核心坐标的准确与否，直接影响到物件界面复建及之后的三维空间场复建。通过获得粒子核心位置和视向方程式，利用一种基于匹配概率的算法来重建粒子的物理空间场，并可利用传统的三維相互关求解粒子场。
二、构建光路系统
根据对原竖直方向竖直角度有一定视角的偏移，来明确目标粒子在竖直照相机方位的偏移。那样，精确测量表层上的点与照相机光感应面的间距不一致，当镜头焦距固定不动时，便会造成 只能在特殊距离处的微粒才可以成像清楚，而在其他间距以外的任何颗粒，只能在摄影机上变为模糊不清得像。在精确测量表面上，摄像机镜头的核心面与照相机光感应面这三者在一条垂直线上交叉，精确测量表层上的全部微粒都能够清晰地显示出来，这就是Scheimpflug的体视PIV合理布局。全部试验均是按这类布局形式布局光通道。本方法的核心取决于将整体机身与单反相机镜头分离出来，使其可以通过自行设计的角度移位装置来调节机身与镜头形成的夹角。
三、基于针孔模型的空间成像关系校准
监控摄像头校准是一个繁杂而关键的过程。由于现实环境完全封闭式，不能完成现场校准，能够先在空中校准，创建一套详细的三维空间平面坐标。在已知空间位置的规范网格图上，选用亚清晰度精准定位技术性对网格连接点完成了提取。该办法首先收集校准表层，运用三维坐标架沿界面纵向移动，收集定距校准平面图，做成图像平面图，获取网格图连接点;再度选用像条插值法，在每一像素点相对应的校准平面图上测算空间坐标，并线性拟合出对应的直线方程，使镜片函数归一化处理。最终，将校准方程式转换为线性方程，完成了监控摄像头校准过程。
测得三维坐标的明确要遵循共线性的基本数学思维，即物点，监控摄像头投射核心和监控摄像头像点呈一平行线遍布。当定标完成时，可以获得上述6个参量，并在大气条件下对粒子进行空间相交定位。通过对随机点坐标的确定以及相对于任意点的坐标的偏移量，可以估算其标定精度。
四、目标识别
为保证跟踪定位的准确性和精度，一幅图像中，除被探测到的目标外，还包括其他非目标对象。目的识别是将目标对象与其他非目标对象区别开来，然后从图像中提取出所需要的图像数据。在对目标进行识别时，首先要提取图像的特征。图像特征是指一种物体通过图像表现出的抽象信息，它与其他物体所具有的不同于其他物体的某种特性。在图像中，需要对背景差分、空间滤波、粒子图像畸变等图像进行预处理，以获得准确的目标位置。准确地识别目标粒子位置是一个非常重要的环节，直接影响着测量结果的准确性。
五、结束语
介绍了一种双眼视觉定位摄像机在有气液界面条件下的定标技术，有效地解决了出现折射现象后传统定标方法不再适用的难题。解决了在封闭模型内进行目标定位时无法进行现场标定的困难。此方法可用于根据双目视觉原理进行室内定位的定标。模拟结果表明，采用该方法进行校准后，误差水平可以满足试验精度要求。证明该方法是可行的，可靠的。
参考文献
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