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仿生复眼视觉系统标定和大视场图像拼接的技术研究

作　者: 蔡梦颖
导　师: 徐贵力
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 仿生复眼视觉系统的标定大视场直接拼接全景图
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 633次
引　用: 5次
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内容摘要

动物的感知器官在其信息接收、处理系统上给了我们非常有意义的启迪,尤其是以苍蝇、螳螂、蜻蜓等为代表的,经亿万年的进化而逐渐完善的精巧奇妙的结构与独特技能的昆虫复眼,在视觉信息的接收和处理上更是给了我们极大的启发,对昆虫复眼视觉系统功能的模拟与实现是当前仿生学研究的热点之一。在探索昆虫复眼视觉机理的基础之上,设计了一套仿生复眼视觉系统,用多个CCD摄像头模仿昆虫复眼中的小眼,负责采集场景的图像或视频信息。采用基于模板的摄像机标定方法对系统进行了标定,在对视觉系统中光学分析的基础上,提出了一种直接拼接的方法,也就是不需要通过算法搜寻相邻两幅图像中相同的内容来确定他们的相对位置,对原始图像直接剪切并组合成一幅大视场的图像拼接方法,实现了大视场图像的快速拼接。在对拼接过程中的误差进行分析时,引入了景深和摄像机自动对焦的概念。对由系统误差造成的相邻图像间的错位,提出了基于计算拼接处相关性的大小的算法,搜寻图像拼接边缘的最佳匹配位置,获得图像间错位值,对图像错位进行了校正。针对由于相机间光强不同造成的拼接缝,采用改进的权值合成法消除了拼接处的人为痕迹。最后,对直接拼接方法和传统的基于图像配准的拼接方法做了比较分析。选用传统的基于图像配准的拼接方法对相同的图像进行了拼接,实验结果证明两种方法均能实现良好的拼接效果,但直接拼接算法消耗的时间仅为传统的基于图像配准的拼接方法的6.6%,有效地提高了系统的实时性,而且相邻图像间的重叠比例可以无限小,对两幅图像拼接,视场扩大比例最大能达100%。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 复眼视觉系统的研究现状  11-15
  1.3 本文的研究内容和创新点  15-18
第二章仿生复眼视觉系统设计和系统标定  18-36
  2.1 昆虫复眼生理和物理特性简介  18-21
  2.2 仿生复眼视觉系统框架  21-25
    2.2.1 引言  21-22
    2.2.2 仿生复眼视觉系统设计  22-25
  2.3 仿生复眼视觉系统工作原理  25-26
  2.4 仿生复眼视觉系统的标定  26-34
    2.4.1 摄像机标定的分类  26-28
    2.4.2 经典的模板辅助标定  28-33
    2.4.3 实验过程与结果  33-34
  2.5 本章小结  34-36
第三章仿生复眼视觉系统中全景图的生成  36-58
  3.1 生成全景图的几种方式  36-37
  3.2 图像拼接研究现状  37-40
    3.2.1 引言  37
    3.2.2 国内外研究现状  37-39
    3.2.3 基于图像配准的图像拼接技术的不足  39-40
  3.3 直接拼接算法的提出  40-44
    3.3.1 研究思路  40-41
    3.3.2 理论支持  41-42
    3.3.3 仿生复眼视觉系统中的光学分析  42-44
  3.4 景深的引入  44-48
    3.4.1 景深的产生  44-46
    3.4.2 景深的计算公式  46-47
    3.4.3 影响景深的几个因素  47-48
  3.5 直接拼接算法的实现  48-56
    3.5.1 直接拼接算法中影响拼接精度的主要因素  48
    3.5.2 摄像机自动对焦的引入  48-49
    3.5.3 实验过程及结果分析  49-55
      3.5.3.1 理想情况下对图像的直接拼接  49-51
      3.5.3.2 直接拼接过程中对错位图像的校正  51-53
      3.5.3.3 拼接缝的消除  53-55
    3.5.4 直接拼接算法与传统的基于图像配准的拼接算法的比较  55-56
  3.6 本章小结  56-58
第四章总结与展望  58-61
  4.1 全文工作总结  58-59
  4.2 进一步的工作  59-60
  4.3 研究展望  60-61
参考文献  61-66
致谢  66-67
攻读硕士学位期间发表论文  67

仿生复眼视觉系统标定和大视场图像拼接的技术研究

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