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基于多目立体视觉的船行波稠密重构
| 论文题名： | 基于多目立体视觉的船行波稠密重构 |
| 关键词： | 船行波;三维重构;粘流CFD;物理引擎;相机布局;数值模拟 |
| 摘要： | 为了提高流场的精细化监测能力，本文研究了立体视觉对船行波的辅助监测。基于计算机技术让船舶能够感知周围环境，识别航行过程中的船行波，让船舶对流场具有良好的监测能力，对提升船舶航行的智能化水平具有重要意义。 基于增量式船行波多视角稀疏重构方法，针对图像进行特征检测与特征匹配，结合相机光学成像的线性模型与非线性模型，选用三角测量的方法求解得到空间点坐标，在无约束的非线性优化算法中优化空间点以及相机参数。基于深度图融合的船行波稠密重构方法，满足光度一致性假设的深度值求解，得到像素点对应的深度值，在此基础上向周围的像素进行扩散，得到深度图，并将深度图融合成完整的稠密空间点。 本文在物理引擎中搭建立体视觉仿真环境，验证船行波多视角稀疏重构方法的准确性。选用粘流CFD数值模拟方法求解某船在规则波迎浪航行时引起的某一时刻的船行波，将该船行波数据在物理引擎中进行建模；架设多架虚拟相机，分别从不同视角拍摄船行波，采集得到多张图像；选用船行波多视角稀疏重构算法对这些图像进行分析，输出得到稀疏空间点。将稀疏空间点与船行波三维波面数据进行对比，初步验证了船行波多视角稀疏重构方法的准确性。 以稀疏重构得到的空间点为种子点验证船行波稠密重构方法。选择全局视角时考虑了以共有特征点之间的视差以及尺度相似度作为量化依据，在极线搜索的过程中以归一化互相关的方法判断了像素点之间的关联性，融合深度图得到了较逼真的船行波场景，波形特征明显。 由于相机布局对船行波重构的影响较为明显，本文研究了多种相机布局方案对船行波三维重构的影响。选用参数化的数学模型统一定义了多架虚拟相机的布局，研究仅改变视差角与仅改变视距时船行波三维重构的结果，找到较优质的相机布局方案，并基于该方案研究了时间序列的船行波三维重构。 本文在物理引擎立体视觉仿真环境下较系统地完成了船行波的稀疏重构与稠密重构，在多种相机布局情况中得到了较好的船行波重构结果，重构结果总体上较逼真，准确地还原了船行波的波形特征。 |
| 作者： | 胡洛铭 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 张佳宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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