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基于双目视觉的特征目标三维信息构建

作　者: 张克兵
导　师: 臧希喆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 双目视觉技术 特征目标 摄像机标定 立体匹配
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


双目视觉技术可以从含有视差的两幅平面图像中恢复出任意空间点的三维信息，具有捕获的信息量大、适用范围广、可非接触性测量等特点。通过研究双目视觉技术及准确的恢复空间特征目标的三维信息，可以帮助实现机器人导航、工业平台定位、航空航天对接等任务，具有极高应用价值与现实意义。本文以双目视觉技术为基础，对空间特征目标的三维信息构建进行了研究。摄像机标定技术是双目视觉技术得以继续研究的基础，通过研究传统的标定方法提出一种基于十字同心圆的摄像机标定方法，该方法基于曲线拟合可以获得较为精准的参考点及较准确的摄像机模型。利用摄像机标定的参数对图像对进行畸变校正及使用旋转极线校正法对极线进行校准。为了提高特征目标三维信息恢复的准确度，需要对双目摄像机采集的图像对中带有的噪声与亮度差异进行消除。利用三阶段的图像预处理方法滤除图像的噪声、平衡图像对的亮度差异及增强图像中被弱化的细节。通过研究图像的检测的技术，识别与提取图像对中特征目标及角点信息进而为后续的空间目标的三维信息恢复做准备。立体匹配技术是双目视觉的核心技术，通过匹配立体图像对的对应信息可以构建图像对特征目标的视差信息。基于传统的动态规划算法提出一种基于特征点的动态规划算法，该算法以检测的角点为匹配的控制点优化动态规划算法的寻优轨迹以提高算法的执行效率。基于立体匹配对应点的视差信息，研究三维点坐标恢复技术以获取任意空间对应点的三维坐标。在研究双目视觉理论的基础上，基于静态特征目标与动态特征目标对视觉算法进行实验验证。通过实验验证了双目视觉系统对静态特征目标的准确定位、动态特征目标的动态识别及实时跟踪等进而从实际应用方面验证了提出算法的有效性与可靠性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 课题背景  8
  1.2 双目视觉技术应用现状  8-9
  1.3 双目视觉技术研究现状  9-14
    1.3.1 图像采集  10-11
    1.3.2 标定技术  11-13
    1.3.3 图像预处理  13
    1.3.4 立体匹配  13-14
  1.4 本文研究内容  14-16
第2章 双目视觉系统标定技术研究  16-29
  2.1 引言  16
  2.2 摄像机模型  16-17
  2.3 单目摄像机标定  17-25
    2.3.1 标定模板  18
    2.3.2 参考点提取  18-19
    2.3.3 基于十字同心圆的摄像机标定法  19-22
    2.3.4 基于十字同心圆标定法的效果验证  22-25
  2.4 双目摄像机标定  25-26
  2.5 极线校正技术的研究  26-28
    2.5.1 极线校正原理  26-27
    2.5.2 旋转极线校正法  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第3章 图像预处理技术及检测技术研究  29-38
  3.1 引言  29
  3.2 图像预处理技术研究  29-33
    3.2.1 图像滤噪  29-30
    3.2.2 图像对亮度均衡化  30-31
    3.2.3 图像锐化  31-32
    3.2.4 三阶段图像预处理方法  32-33
  3.3 图像检测技术研究  33-37
    3.3.1 目标检测技术研究  34-35
    3.3.2 角点检测技术研究  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 双目视觉系统立体匹配技术研究  38-50
  4.1 引言  38
  4.2 对应点匹配策略  38-39
  4.3 全局匹配优化  39-48
    4.3.1 全局优化策略  39-40
    4.3.2 动态规划算法描述  40-43
    4.3.3 基于特征点的动态规划算法  43-45
    4.3.4 算法评价  45-48
  4.4 三维点恢复  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章 双目视觉系统实验研究  50-59
  5.1 引言  50
  5.2 双目视觉系统平台  50-51
  5.3 基于目标的双目视觉系统实验  51-58
    5.3.1 基于静态目标的双目视觉系统实验  51-55
    5.3.2 基于动态目标的双目视觉跟踪实验  55-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
附录  63-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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