一种面向水下机器人的双目视觉矫正方法

本发明涉及图像处理，具体涉及一种面向水下机器人的双目视觉矫正方法。

背景技术：

1、水下机器人是一种能够在水下环境中进行探测、测量、观察、采样等任务的机器人，可以执行一些人类无法完成的任务，例如深海勘探、海底管线的维护、船只沉没事件的搜救等；双目相机是一种模拟人类双眼的视觉系统，通过双摄像头采集不同角度的图像通过立体匹配技术可以得知影像中的物体相对于机器人的距离，从而帮助机器人进行视觉感知，帮助机器人完成对应的操作。

2、但水下成像的环境往往具有特殊性，水体中悬浮的泥沙以及浮游生物都会对光线产生散射，光线传播的过程中还受到自然光在水体中的折射情况，不同的影响情况共同作用使得水下机器人的双目相机拍摄过程中图像被影响，导致直接进行双目立体匹配的效果中存在失真，在进行三维重构结果时物体到机器人的距离准确性存在偏差，降低机器人在水下操作任务的效率，因此，对于立体匹配算法，输入的水下图像对比度方面处理得越好立体匹配效果也就越好，所以对于水下机器人有限的计算能力而言，通过增强之后再进行匹配能够大幅减轻机器人的计算负载，但水下环境复杂不适用于固定的光照散射纠正情况，需要针对不同的水下光线情况进行自适应调整。

技术实现思路

1、本发明提供一种面向水下机器人的双目视觉矫正方法，以解决现有的问题。

2、本发明的一种面向水下机器人的双目视觉矫正方法采用如下技术方案：

3、本发明一个实施例提供了一种面向水下机器人的双目视觉矫正方法，该方法包括以下步骤：

4、采集各采集时刻的双目图像；

5、根据双目图像中像素点的光照朝向方向的统一性获得各单目图像的若干光照特性区域；根据多个光照特性区域之间光照朝向方向差异和区域面积差异，获得各单目图像中每个光照特性区域的散射均匀度；根据每个光照特性区域的散射均匀度得到各单目图像中若干非均匀光照区域；根据双目图像之间非均匀光照区域的区域范围，得到各单目图像中每个非均匀光照区域的对应区域组；根据各单目图像中每个非均匀光照区域和对应区域组中各非均匀光照区域的区域面积差异，结合与对应区域组中各非均匀光照区域的散射均匀度的差异，获得各单目图像中每个非均匀光照区域的光照纠正系数；

6、根据各单目图像中每个非均匀光照区域的光照纠正系数，计算自适应对比度系数；根据自适应对比度系数对双目图像进行增强，得到增强后的双目图像；根据增强后的双目图像得到双目匹配结果，完成水下机器人的双目矫正。

7、进一步的，所述根据双目图像中不同的光照影响分别得到双目图像的光照特性区域，包括的具体步骤如下：

8、以单目图像中每个像素点为中心构建邻域范围，将处于邻域范围中心的像素点到邻域范围内灰度值最小的像素点的方向作为处于邻域范围中心的像素点的光照朝方向，对单目图像中光照朝向方向相同且相邻的像素点进行合并，得到的每个连通域记为光照特性区域。

9、进一步的，所述根据多个光照特性区域之间光照朝向方向差异和区域面积差异，获得各单目图像中每个光照特性区域的散射均匀度，包括的具体步骤如下：

10、

11、式中，表示当前采集时刻的单目图像中第个光照特性区域的散射均匀度，表示当前采集时刻的单目图像中第个光照特性区域的像素点个数；表示当前采集时刻的单目图像中所有光照特性区域中最少的像素点个数；表示当前采集时刻的单目图像中与第个光照特性区域的相邻光照特性区域的个数；表示当前采集时刻的单目图像中第个光照特性区域的光照朝向方向与图像坐标系x轴的夹角，表示当前采集时刻的单目图像中第个光照特性区域的第j个相邻光照特性区域的光照朝向方向与图像坐标系x轴的夹角；表示当前采集时刻的单目图像中第个光照特性区域与相邻光照特性区域的光照朝向方向的标准差。

12、进一步的，所述均匀光照区域和非均匀光照区域的具体获取步骤如下：

13、通过sigmoid函数将每个光照特性区域的散射均匀度归一化至区间，得到每个光照特性区域的散射均匀度的归一化评价，预设区域判断阈值，将散射均匀度的归一化评价大于等于区域判断阈值的光照特性区域记为均匀光照区域，将散射均匀度的归一化评价小于区域判断阈值的光照特性区域记为非均匀光照区域。

14、进一步的，所述得到各单目图像中每个非均匀光照区域的对应区域组，包括的具体步骤如下：

15、将当前采集时刻其中一个单目图像作为基准图像，对于基准图像中每个非均匀光照区域，获取非均匀光照区域的连通域范围，在当前采集时刻的另一个单目图像中，获取所有非均匀光照区域中，与基准图像中每个非均匀光照区域的连通域范围存在交集且交集不为空的所有非均匀光照区域，构成基准图像中每个非均匀光照区域的对应区域组。

16、进一步的，所述光照纠正系数的具体获取步骤如下：

17、将基准图像中第f个非均匀光照区域的散射均匀度归一化评价记为，基准图像中第f个非均匀光照区域的光照纠正系数的计算方式为：

18、

19、式中，表示基准图像中第f个非均匀光照区域的光照纠正系数，表示基准图像中第f个非均匀光照区域的对应区域组中非光照均匀区域个数；表示基准图像中第f个非均匀光照区域中像素点个数；表示基准图像中第f个非均匀光照区域的对应区域组中像素点个数；表示基准图像中第f个非均匀光照区域的散射均匀度；表示基准图像中第f个非均匀光照区域的对应区域组中散射均匀度的最大值，表示基准图像中第f个非均匀光照区域的对应区域组中散射均匀度的最小值。

20、进一步的，所述自适应对比度系数的具体获取步骤如下：

21、

22、式中，表示基准图像中第f个非均匀光照区域的自适应对比度系数；为基准图像中第f个非均匀光照区域的预设对比度系数；表示基准图像中第f个非均匀光照区域的归一化光照纠正系数。

23、进一步的，所述预设对比度系数和归一化光照纠正系数的具体获取方式如下：

24、将第f个非均匀光照区域输入到createclahe函数中，得到的默认对比度系数记为基准图像中第f个非均匀光照区域的预设对比度系数；

25、将基准图像中所有非均匀光照区域的光照纠正系数输入到premnmx函数进行归一化，每个非均匀光照区域的光照纠正系数的归一化结果记为每个非均匀光照区域的归一化光照纠正系数。

26、进一步的，所述根据自适应对比度系数对双目图像进行增强，得到增强后的双目图像，包括的具体步骤如下：

27、根据每个非均匀光照区域的自适应对比度系数，对各单目图像中的非均匀光照区域进行自适应直方图均衡化，获得每个非均匀光照区域的增强结果；将各单目图像中的每个均匀光照区域输入到createclahe函数中，得到的默认对比度系数记为各单目图像中的每个均匀光照区域的预设对比度系数，将均匀光照区域的预设对比度系数作为自适应对比度系数，利用自适应直方图均衡化获得每个均匀光照区域的增强结果；各单目图像中的均匀光照区域的增强结果和非均匀光照区域的增强结果构成的图像分别作为增强后的双目图像。

28、进一步的，所述根据增强后的双目图像得到双目匹配结果，完成水下机器人的双目矫正，包括的具体步骤如下：

29、将增强后的双目图像对输入半全局立体匹配算法中，得到当前采集时刻对应的视差图；通过视差图进行双目图像对应像素点位置的合并，输出当前帧位下的双目匹配结果。

30、本发明的技术方案的有益效果是：采集各采集时刻的双目图像，根据双目图像中像素点的光照朝向方向获得各单目图像的若干光照特性区域计算散射均匀度，从而得到非均匀光照区域，反映了不同区域的光照特征；根据双目图像之间非均匀光照区域的区域范围，得到各单目图像中每个非均匀光照区域的对应区域组，有利于提高后续矫正的准确性；根据各非均匀光照区域的区域面积差异，结合与对应区域组中散射均匀度的差异，获得每个非均匀光照区域的光照纠正系数，从而计算自适应对比度系数，对双目图像进行增强，保证双目图像匹配的准确性，得到双目匹配结果，完成水下机器人的双目矫正。