CN109059873A - 基于光场多层折射模型的水下三维重建装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于光场多层折射模型的水下三维重建装置和方法，属于计算机视觉研究领域，典型的应用是水下中高精度三维重建。本装置标定采用光场多层折射模型进行双目立体视觉标定。激光条纹中心点对应性算法采用基于光场多层折射模型的水下激光条纹匹配算法，根据对应点计算三维点采用光场多层折射模型下的奇异值分解方法。整个系统装置由两个高速相机封装仓和激光扫描计算单元封装仓组成，封装仓采用耐高压设计，高速相机封装仓和激光扫描系统及计算单元封装仓之间采用耐高压管连接，耐高压管内有连接相机和计算单元的高速USB3.0连接线。高速相机封装仓对称分布于装置两端，激光扫描计算单元封装仓在装置中间。本发明可应用于深水区域的高精度三维重建，最深深度可达到水下4000米。

Description

基于光场多层折射模型的水下三维重建装置和方法

技术领域

本发明属于水下计算机视觉研究领域，涉及一种基于光场多层折射模型的水下三维重建装置和方法，可实现水下四千米三维高精度重建测量。

背景技术

水下三维重建技术是探索深水湖泊和海洋的重要技术手段，可用于水下地形扫描探测、海底考古、水下慢移动生物的体型数据获取。目前，主要以声呐为主要探测技术，但是该方法精度较低，不能满足水下精确探测的需求。

林俊义等人在其论文“一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术[J].机械设计与制造,2011(8):200-202.”提出一种基于极限约束方法进行三维重建的方法。它使用传统的相机模型来描述水下折射环境，用畸变参数来矫正折射所带来的偏差。但该方法并不准确，并且在不同水域都需要进行视场范围内的标定，标定过程中相机和标定板之间不可以有移动，在水下中实际操作性较低。

中国专利CN201410195345.7提出了一种基于线结构光的水下目标三维重建方法。该方法利用单相机和线结构光组合的方法进行三维重建，利用在水下不同深度获得的标校数据对获得图像中的激光条纹中心进行矫正位置，以消除折射带来的影响。虽然该方法相较于传统小孔成像模型精度高，但该方法在不同深度的水中都需要用标定板进行标校，并且标校过程中需要在视场不同深度内拍摄标校图片，在水下实现比较困难，并且在深水中还要考虑标定板的抗压变形能力，现实操作性比较低。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出一种基于光场多层折射模型的水下三维重建装置和方法。可实现水下高精度激光3D扫描和三维重建。本发明采用基于光场的多层折射模型进行标定、匹配激光条纹中心和计算三维点，确定拍摄水域折射率仅需在视场内拍摄一次靶标即可，其它参数在进入拍摄水域前均已确定。整个装置采用水下4000米耐高压封装设计。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：包括两个高速相机封装仓和一个激光扫描系统及计算单元封装仓，其特征在于所述两个高速相机封装仓对称安装一个耐高压连接管的两端，激光扫描系统及计算单元封装仓安装于其中间；激光扫描系统包括一个金属摆镜和一个激光器，摆动时可使激光器发射的线激光在相机视场内扫描；由于水下没有可以满足USB3.0传输速率的水密接插件，因此采用内部连线方式可保证传输速率，并且减少了连接件的数量，提高了系统稳定性。

一种基于光场多层折射模型的水下三维重建方法，采用上述方式进行操作，其特征在于操作步骤如下：

步骤a：在空气中对左右相机分别进行单相机标定，获得单相机的内参数相机矩阵cameraMatrixL、cameraMatrixR和畸变distortionL、distortionR。

步骤b：使用中国专利CN201710702222.1中的基于多层折射模型的水下立体视觉系统标定方法在水池内对相机进行标定，获得两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和立体外参数t_{l_r}，R_{l_r}。

步骤c：在测定海域拍摄一组有靶标的清晰图片，测定拍摄海域海水折射率μ。

步骤d：对相机视场内的物体进行扫描拍摄，获得一系列有激光条纹的图片组。

步骤e：对获得的图片组进行激光条纹中心提取，并用基于光场多层折射模型的激光条纹匹配方法进行激光条纹点匹配和计算空间三维点。

所述步骤b中使用光场多层折射模型在水下对相机进行标定，包括以下步骤：

步骤(b-1)：拍摄水池中的棋盘格标定板。在1m—2m之间任意选定8个位置拍摄图片，图片在两个相机视场中大致位于中间位置，标定板倾斜角度不可太大，要保证拍得的图片角点清晰。

步骤(b-2)：使用Harris角点检测法提取拍摄到的棋盘格图片角点，使用预先标定的单相机标定参数cameraMatrixL、cameraMatrixR、distrotionL、distortionR对角点坐标去除畸变。

步骤(b-3)：选择待标定参数的初始数值，取法线初值n＝[001]和水的折射率初值miu＝[11.51.33]，迭代计算出两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和外参数R_{l_r}，t_{l_r}。

所述步骤c中测定拍摄海域海水折射率μ步骤如下：

步骤(c-1)：在左右相机拍得的有清晰靶标的图片上，可提取得到相对应的一组相点，左相点m_l，右相点m_r。

步骤(c-2)：根据光场表示方法，经过多层界面传播和折射后可得到在玻璃界面用矢量、点q_l和q_r表示的光线。

步骤(c-3)：将右相机坐标系下矢量和点转换到左相机坐标系：q_r'＝R_{l_r}×q_r+t_{l_r}，对于右多层折射坐标系的z轴同理可得：z_r'＝R_{l_r}×z_r，o_r'＝t_{l_r}。

步骤(c-4)：求左右相机约束平面π_l、π_r，左相机约束平面可表示为：平面法线平面上一点o_l＝[000]；右相机约束平面可表示为：平面法线平面上一点o_r'＝t_{l_r}。

步骤(c-5)：两个约束平面相交于一条直线，有折射定律可知，P点在该直线上，满足如下约束：

n_l·P＝0,n_r·(P-o_r')

步骤(c-6)：P点与入射光线点构成的折射光线，满足折射定律，采用二分法确定最后一层介质折射率μ。左右相机相点对应的光线在最后一层介质折射后的光线相交于一点，并且该点在步骤⑤所述的直线上。预估海水的折射率位于1.3至1.5之间，采用二分法逐步缩小海水折射率区间，直至区间缩小至0.00005。取折射率区间内某一折射率μ_i，此时左右相点在界面交线上对应的点分别为P_{i_l}，P_{i_r}，定义dis＝P_{i_l}P_{i_r}(两点之间的距离)，当P_{i_r}在P_{i_l}的上方时，dis为正，反之为负。当dis为0时，其对应的μ即为海水的折射率。

所述步骤d中对获得的激光条纹中心计算空间三维点，包括以下步骤:

步骤(d-1)：根据空气、水池内标定获得的参数信息，对激光条纹中心点计算其在相机坐标系下的方向信息。

步骤(d-2)：在初始时，相机坐标系下光线初始点为(0,0)，将该相机坐标系下的初始光线信息转换到对应的多层折射成像坐标系。

步骤(d-3)：将多层折射成像坐标系内的点矢信息转换成光场表达形式，并根据在水池中标定的d_L，d_R、miu_L，miu_R和在水下测量区域标定的折射率μ计算光线传播到最后一层界面的光场，再将光场形式转换成点矢表达方式q_l和q_r。

步骤(d-4)：将右多层折射坐标系内的点和方向信息转换到左多层折射坐标系中，以左边的点矢信息为基准，用搜索法在右点矢中找混合积过零点，并线性插值计算右激光条纹对应点。

步骤(d-5)：对右激光条纹对应点计算其在左多层折射成像坐标系内的最后一层界面的点矢，根据对应点矢用奇异值分解法计算空间三维点，并显示获得的点云。

由于采用了上述解决方案，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：

1、标定精度高，采用基于多层折射模型的水下立体视觉系统标定方法对相机进行标定，比传统的小孔成像模型标定精度要高很多，不存在系统误差。

2、操作方便，不需在水下进行相机视场内的多位置标定，只需在测定水域拍摄一次靶标确定测定水域折射率即可。

3、点云重建精度高，由于标定模型不存在系统误差，在激光条纹匹配和重建三维点时都采用光场多层折射模型描述光线，可使点云精度较高，误差控制在3mm以内。

4、整个装置布局紧凑，高速相机和计算单元的连接采用钛合金密封装置内部走线，稳定性、可靠性更高。

附图说明

图1为本发明装置侧视图。

图2为本发明装置俯视图。

图3为本发明装置激光扫描系统及计算单元封装仓内部结构示意图。

图4为本发明方法用到的光场多层折射平面系统模型。

图5为本发明获取三维点云流程图。

图6为本发明在水池中用激光扫描球棒时拍摄的场景图。

图7为本发明拍得的图6重建的点云。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明做出详细说明。

实施例一：参见图1～图4，本基于光场多层折射模型的水下三维重建装置，包括两个高速相机封装仓(1，2)和一个激光扫描系统及计算单元封装仓(3)，其特征在于所述两个高速相机封装仓(1，2)对称安装一个耐高压连接管(4)的两端，激光扫描系统及计算单元封装仓(3)安装于其中间；激光扫描系统包括一个金属摆镜(6)和一个激光器(5)，摆动时可使激光器(5)发射的线激光在相机视场内扫描；由于水下没有可以满足USB3.0传输速率的水密接插件，因此采用内部连线方式可保证传输速率，并且减少了连接件的数量，提高了系统稳定性。

实施例二：参见图5～图7，本基于光场多层折射模型的水下三维重建方法，采用上述装置进行操作，其特征在于操作步骤如下：

步骤a：在空气中对左相机和右相机分别进行单相机标定，获得单相机的内参数相机矩阵cameraMatrixL、cameraMatrixR和畸变distortionL、distortionR；

步骤b：采用中国专利CN201710702222.1中的“基于多层折射模型的水下立体视觉系统标定方法”在水池内对相机进行标定，获得两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和立体外参数t_{l_r}，R_{l_r}；

步骤c：在测定海域拍摄一组有靶标的清晰图片，测定拍摄海域海水折射率μ；

步骤d：对相机视场内的物体进行扫描拍摄，获得一系列有激光条纹的图片组；

步骤e：对获得的图片组进行激光条纹中心提取，并基于多层折射模型进行激光光条三维点的计算；

实施例三：本实施例与实施例二基本相同，特别之处如下：

所述步骤b中的相机标定，包括以下步骤：

步骤(b-1)：拍摄水池中的棋盘格标定板。在1m—2m之间任意选定8个位置拍摄图片，图片在两个相机视场中大致位于中间位置，标定板倾斜角度不可太大，要保证拍得的图片角点清晰；

步骤(b-2)：使用Harris角点检测法提取拍摄到的棋盘格图片角点，使用预先标定的单相机标定参数cameraMatrixL、cameraMatrixR、distrotionL、distortionR对角点坐标去除畸变；

步骤(b-3)：选择待标定参数的初值，取法线初值n＝[001]和折射率初值miu＝[11.51.33]，迭代计算出两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和外参数R_{l_r}，t_{l_r}；

所述步骤c中测定拍摄海域海水折射率μ，包括以下步骤：

步骤(c-1)：在左右相机拍得的有清晰靶标的图片上，提取得到相对应的一组相点，左相点m_l，右相点m_r；

步骤(c-2)：根据光场表示方法，经过多层界面传播和折射后可得到在玻璃界面用矢量、点q_l和q_r表示的光线；

步骤(c-3)：将右相机坐标系下矢量和点转换到左相机坐标系：q_r'＝R_{l_r}×q_r+t_{l_r}，对于右多层折射坐标系的z轴同理可得：z_r'＝R_{l_r}×z_r，o_r'＝t_{l_r}；

步骤(c-4)：求左右相机约束平面π_l、π_r，左相机约束平面可表示为：平面法线平面上一点o_l＝[000]；右相机约束平面可表示为：平面法线平面上一点o_r'＝t_{l_r}；

步骤(c-5)：两个约束平面相交于一条直线，由折射定律可知，P点在该直线上，满足如下约束：

n_l·P＝0,n_r·(P-o_r')

步骤(c-6)：P点与入射光线点构成的折射光线，满足折射定律，采用二分法确定最后一层介质折射率μ；左右相机相点对应的光线在最后一层介质折射后的光线相交于一点，并且该点在步骤(c-5)所述的直线上。预估海水的折射率位于1.3至1.5之间，采用二分法逐步缩小海水折射率区间，直至区间缩小至0.00005以内；取折射率区间内某一折射率μ_i，此时左右相点在界面交线上对应的点分别为P_{i_l}，P_{i_r}，定义dis＝P_{i_l}P_{i_r}，两点之间的距离，当P_{i_r}在P_{i_l}的上方时，dis为正，反之为负；当dis为0时，其对应的μ即为海水的折射率。

所述步骤d中对获得的激光条纹中心基于光场多层折射模型计算空间三维点，包括以下步骤:

步骤(d-1)：根据空气、水池内标定获得的参数信息，对激光条纹中心点计算其在相机坐标系下的方向信息；

步骤(d-2)：在初始时，相机坐标系下光线初始点为(0,0)，将该相机坐标系下的初始光线信息转换到对应的多层折射成像坐标系；

步骤(d-3)：将多层折射成像坐标系内的点矢信息转换成光场表达形式，并根据在水池中标定的d_L，d_R、miu_L，miu_R和在水下测量区域标定的折射率μ计算光线传播到最后一层界面的光场，再将光场形式转换成点矢表达方式q_l和

步骤(d-4)：将右多层折射坐标系内的点和方向信息转换到左多层折射坐标系中，以左边的点矢信息为基准，用搜索法在右点矢中找混合积过零点，并线性插值计算右激光条纹对应点；

步骤(d-5)：对右激光条纹对应点计算其在左多层折射成像坐标系内的最后一层界面的点矢，根据对应点矢用奇异值分解法计算空间三维点，并显示获得的点云；

实施例四：如图1和图2所示，本基于光场多层折射模型的水下三维重建方法和装置：方法是激光线扫描三维测量方法，装置包括两个高速相机封装仓(1和2)和一个激光扫描系统及计算单元封装仓(3)。

所述激光线扫描测量方法使用双目相机配合扫描激光的方法，该方法的优势在于无需精确确定扫描激光的角度，无需高精度同步扫描激光角度与相机拍摄。

所述装置在布局上：两个高速相机封装仓(1和2)对称分布于整个装置的两端，激光扫描计算单元封装仓(3)位于装置中间。激光扫描系统带一个金属摆镜(6)，摆动时可使一字激光器(5)发射的激光在相机视场内扫描。封装仓除采用耐高压封装外，还在高速相机封装仓和激光扫描计算单元封装仓之间设计了耐高压连接管(4)。由于水下没有可以满足USB3.0传输速率的水密接插件，因此采用内部连线方式可保证传输速率，并且减少了连接件的数量，提高了系统稳定性。激光扫描计算单元封装仓(3)的尾部有与外部连接的接插件(9)，可为计算单元和激光扫描系统提供电源和进行通讯控制。

基于光场多层折射模型的水下三维重建方法和装置，在三维点计算方面，提出基于多层折射模型的激光光条三维点计算方法。

如图4所示，基于光场多层折射模型的水下三维重建装置，所用到的模型为光场多层折射平面系统模型。

如图5所示，基于光场模型的水下三维点云重建方法和装置，使用流程包括以下步骤a至步骤e，共计5个步骤：

步骤a：在空气中对左右相机分别进行单相机标定，获得单相机的内参数相机矩阵cameraMatrixL、cameraMatrixR和畸变distortionL、distortionR。

步骤b：使用中国专利CN201710702222.1中的基于多层折射模型的水下立体视觉系统标定方法在水池内对相机进行标定，获得两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和立体外参数t_{l_r}，R_{l_r}。表1给出了标定的折射参数和立体外参数。

表1水下立体视觉标定参数

步骤c：在长4m，宽2m，高1.2m的水池内摄一组有靶标的清晰图片，测定拍摄水域水的折射率μ＝1.3337。

步骤d：对相机视场内的物体进行扫描拍摄，获得一系列有激光条纹的图片组。

步骤e：对获得的图片组进行激光条纹中心提取，并用基于光场多层折射模型的激光条纹匹配方法进行激光条纹点匹配和计算空间三维点。计算的空间三维点云如图7所示。

步骤b中使用光场多层折射模型在水下对相机进行标定，包括以下步骤：

步骤①：拍摄水池中的棋盘格标定板。在1m—2m之间任意选定8个位置拍摄图片，图片在两个相机视场中大致位于中间位置，标定板倾斜角度不可太大，要保证拍得的图片角点清晰。

步骤②：使用Harris角点检测法提取拍摄到的棋盘格图片角点，使用预先标定的单相机标定参数cameraMatrixL、cameraMatrixR、distrotionL、distortionR对角点坐标去除畸变。

步骤③：选择待标定参数的初值，取法线初值n＝[001]和折射率初值miu＝[11.51.33]，迭代计算出两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和外参数R_{l_r}，t_{l_r}。

步骤c中测定拍摄海域海水折射率μ步骤如下：

步骤①：在左右相机拍得的有清晰靶标的图片上，可提取得到相对应的一组相点，左相点m_l，右相点m_r。

步骤②：根据光场表示方法，经过多层界面传播和折射后可得到在玻璃界面用矢量、点q_l和q_r表示的光线。

步骤③：将右相机坐标系下矢量和点转换到左相机坐标系：q_r'＝R_{l_r}×q_r+t_{l_r}，对于右多层折射坐标系的z轴同理可得：z_r'＝R_{l_r}×z_r，o_r'＝t_{l_r}。

步骤④：求左右相机约束平面π_l、π_r，左相机约束平面可表示为：平面法线平面上一点o_l＝[000]；右相机约束平面可表示为：平面法线平面上一点o_r'＝t_{l_r}。

步骤⑤：两个约束平面相交于一条直线，有折射定律可知，P点在该直线上，满足如下约束：

n_l·P＝0,n_r·(P-o_r')

步骤⑥：P点与入射光线点构成的折射光线，满足折射定律，采用二分法确定最后一层介质折射率μ。左右相机相点对应的光线在最后一层介质折射后的光线相交于一点，并且该点在步骤⑤所述的直线上。预估海水的折射率位于1.3至1.5之间，采用二分法逐步缩小海水折射率区间，直至区间缩小至0.00005。取折射率区间内某一折射率μ_i，此时左右相点在界面交线上对应的点分别为P_{i_l}，P_{i_r}，定义dis＝P_{i_l}P_{i_r}(两点之间的距离)，当P_{i_r}在P_{i_l}的上方时，dis为正，反之为负。当dis为0时，其对应的μ即为海水的折射率。

步骤d中对获得的激光条纹中心进行对应点匹配和计算空间三维点，包括以下步骤:

步骤①：根据空气、水池内标定获得的参数信息，对激光条纹中心点计算其在相机坐标系下的方向信息。

步骤②：在初始时，相机坐标系下光线初始点为(0,0)，将该相机坐标系下的初始光线信息转换到对应的多层折射成像坐标系。

步骤③：将多层折射成像坐标系内的点矢信息转换成光场表达形式，并根据在水池中标定的d_L，d_R、miu_L，miu_R和在水下测量区域标定的折射率μ计算光线传播到最后一层界面的光场，再将光场形式转换成点矢表达方式q_l和q_r。

步骤④：将右多层折射坐标系内的点和方向信息转换到左多层折射坐标系中，以左边的点矢信息为基准，用搜索法在右点矢中找混合积过零点，并线性插值计算右激光条纹对应点。

步骤⑤：对右激光条纹对应点计算其在左多层折射成像坐标系内的最后一层界面的点矢，根据对应点矢用奇异值分解法计算空间三维点，并显示获得的点云。

Claims (5)

1.一种基于光场多层折射模型的水下三维重建装置，包括两个高速相机封装仓(1，2)和一个激光扫描系统及计算单元封装仓(3)，其特征在于所述两个高速相机封装仓(1，2)对称安装一个耐高压连接管(4)的两端，激光扫描系统及计算单元封装仓(3)安装于其中间；激光扫描系统包括一个金属摆镜(6)和一个激光器(5)，摆动时可使激光器(5)发射的线激光在相机视场内扫描；由于水下没有可以满足USB3.0传输速率的水密接插件，因此采用内部连线方式可保证传输速率，并且减少了连接件的数量，提高了系统稳定性。

2.一种基于光场多层折射模型的水下三维重建方法，采用根据权利要求1所述基于光场多层折射模型的水下三维重建装置进行操作，其特征在于操作步骤如下：

步骤a：在空气中对左相机和右相机分别进行单相机标定，获得单相机的内参数相机矩阵cameraMatrixL、cameraMatrixR和畸变distortionL、distortionR；

步骤b：采用中国专利CN201710702222.1中的“基于多层折射模型的水下立体视觉系统标定方法”在水池内对相机进行标定，获得两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和立体外参数t_{l_r}，R_{l_r}；

步骤c：在测定海域拍摄一组有靶标的清晰图片，测定拍摄海域海水折射率μ；

步骤d：对相机视场内的物体进行扫描拍摄，获得一系列有激光条纹的图片组；

步骤e：对获得的图片组进行激光条纹中心提取，并基于多层折射模型进行激光光条三维点的计算。

3.根据权利要求2所述的基于光场多层折射模型的水下三维重建方法，其特征在于，所述步骤b中的相机标定，包括以下步骤：

步骤(b-1)：拍摄水池中的棋盘格标定板，在1m—2m之间任意选定8个位置拍摄图片，图片在两个相机视场中大致位于中间位置，标定板倾斜角度不可太大，要保证拍得的图片角点清晰；

步骤(b-2)：使用Harris角点检测法提取拍摄到的棋盘格图片角点，使用预先标定的单相机标定参数cameraMatrixL、cameraMatrixR、distrotionL、distortionR对角点坐标去除畸变；

步骤(b-3)：选择待标定参数的初值，取法线初值n＝[001]和折射率初值miu＝[11.51.33]，迭代计算出两个相机的折射参数(n_L，d_L，miu_L)、(n_R，d_R，miu_R)和外参数R_{l_r}，t_{l_r}。

4.根据权利要求2所述的基于光场多层折射模型的水下三维重建方法，其特征在于：所述步骤c中测定拍摄海域海水折射率μ，包括以下步骤：

步骤(c-1)：在左右相机拍得的有清晰靶标的图片上，提取得到相对应的一组相点，左相点m_l，右相点m_r；

步骤(c-2)：根据光场表示方法，经过多层界面传播和折射后可得到在玻璃界面用矢量、点q_l和q_r表示的光线；

步骤(c-3)：将右相机坐标系下矢量和点转换到左相机坐标系：q_r'＝R_{l_r}×q_r+t_{l_r}，对于右多层折射坐标系的z轴同理可得：z_r'＝R_{l_r}×z_r，o_r'＝t_{l_r}；

步骤(c-4)：求左右相机约束平面π_l、π_r，左相机约束平面可表示为：平面法线平面上一点o_l＝[000]；右相机约束平面可表示为：平面法线平面上一点o_r'＝t_{l_r}；

步骤(c-5)：两个约束平面相交于一条直线，由折射定律可知，P点在该直线上，满足如下约束：

n_l·P＝0,n_r·(P-o_r')

步骤(c-6)：P点与入射光线点构成的折射光线，满足折射定律，采用二分法确定最后一层介质折射率μ；左右相机相点对应的光线在最后一层介质折射后的光线相交于一点，并且该点在步骤(c-5)所述的直线上；预估海水的折射率位于1.3至1.5之间，采用二分法逐步缩小海水折射率区间，直至区间缩小至0.00005以内；取折射率区间内某一折射率μ_i，此时左右相点在界面交线上对应的点分别为P_{i_l}，P_{i_r}，定义dis＝P_{i_l}P_{i_r}，两点之间的距离，当P_{i_r}在P_{i_l}的上方时，dis为正，反之为负；当dis为0时，其对应的μ即为海水的折射率。

5.根据权利要求2所述的基于光场多层折射模型的水下三维重建方法，其特征在于：所述步骤d中对获得的激光条纹中心基于光场多层折射模型计算空间三维点，包括以下步骤:

步骤(d-1)：根据空气、水池内标定获得的参数信息，对激光条纹中心点计算其在相机坐标系下的方向信息；

步骤(d-2)：在初始时，相机坐标系下光线初始点为(0,0)，将该相机坐标系下的初始光线信息转换到对应的多层折射成像坐标系；

步骤(d-3)：将多层折射成像坐标系内的点矢信息转换成光场表达形式，并根据在水池中标定的d_L，d_R、miu_L，miu_R和在水下测量区域标定的折射率μ计算光线传播到最后一层界面的光场，再将光场形式转换成点矢表达方式q_l和q_r；

步骤(d-4)：将右多层折射坐标系内的点和方向信息转换到左多层折射坐标系中，以左边的点矢信息为基准，用搜索法在右点矢中找混合积过零点，并线性插值计算右激光条纹对应点；

步骤(d-5)：对右激光条纹对应点计算其在左多层折射成像坐标系内的最后一层界面的点矢，根据对应点矢用奇异值分解法计算空间三维点，并显示获得的点云。