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单相机全方位立体视觉系统的优化设计与标定

作　者: 杭进
导　师: 郭玲
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 全方位立体视觉视场优化设计标定算法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 36次
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内容摘要

在三维重建和机器人导航等计算机视觉领域,通常需要尽可能多的获取场景信息。普通相机的视场有限,而单个全方位相机获取的图像又难以用于目标的深度数据计算。近年来出现的全方位立体视觉技术,具有全方位和立体视觉的双重优点,为智能系统感知周围环境提供了一种新的手段。通常的立体视觉系统需要两个同样的相机,其体积和重量令负载能力较差的小型机器人无法承受,因此,需要结构紧凑、轻便小巧的全方位立体视觉系统。本文以设计适用于微型飞行器的单相机全方位立体视觉系统为目的,进行了以下几方面的研究：(1)系统的结构设计与优化。在结构上采用由一个双曲面镜、一个双曲面与平面结合的反射镜以及一个普通相机组成的视觉系统；同时,为满足系统外观尺寸与性能的要求,构建了优化约束条件,实现了对系统参数的优化。(2)系统的标定。为了使用该系统获取的图像进行准确可靠的深度信息恢复,必须进行标定。本文以球体为标定物、以等效投影模型为基础设计了标定算法,并指明至少需要两个球体才能够实现对相机参数和系统基线长度的标定。(3)利用仿真软件POV-Ray对设计的系统进行性能仿真和校核,并生成测试图像,对标定算法进行实验,验证了其有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-15
  1.1 课题背景及研究意义  7-8
  1.2 折反射全方位立体成像技术的发展  8-11
  1.3 折反射相机标定方法的综述  11-12
  1.4 论文主要工作和结构安排  12-15
    1.4.1 论文主要工作  12-13
    1.4.2 论文结构安排  13-15
2 折反射全方位视觉成像基本理论  15-31
  2.1 单视点折反射系统的分类  15-22
    2.1.1 单视点折反射系统的约束方程  15-18
    2.1.2 平面镜  18
    2.1.3 锥面镜  18-19
    2.1.4 球面镜  19-20
    2.1.5 椭球面镜  20
    2.1.6 双曲面镜  20-21
    2.1.7 抛物面镜  21-22
    2.1.8 镜面类别小结  22
  2.2 相机成像模型  22-26
    2.2.1 坐标系  22-24
    2.2.2 针孔模型  24-25
    2.2.3 球面透视投影模型  25-26
  2.3 仿真软件POV-Ray  26-28
  2.4 问题的提出及解决思路  28-29
  2.5 本章小结  29-31
3 单相机全方位立体视觉系统的优化设计  31-43
  3.1 系统结构的设计  31-32
  3.2 系统优化模型的建立  32-37
    3.2.1 单视点约束与成像几何分析  32-34
    3.2.2 视场角约束  34
    3.2.3 空间分辨率  34-36
    3.2.4 视差与深度分辨率  36-37
    3.2.5 外形尺寸约束  37
  3.3 系统参数的求解  37-38
  3.4 实验结果与分析  38-41
    3.4.1 像点公式验证  38-40
    3.4.2 系统基线长度和深度分辨率的关系分析  40-41
  3.5 本章小结  41-43
4 单相机全方位立体视觉系统的标定  43-55
  4.1 通用等效投影模型  43-44
  4.2 本系统的等效投影模型推导  44-49
  4.3 本系统的标定算法  49-52
    4.3.1 曲线拟合  49-50
    4.3.2 相机参数的标定  50-51
    4.3.3 基线长度的标定  51-52
  4.4 标定球放置位置的选择  52-53
  4.5 本章小结  53-55
5 系统仿真与标定实验  55-61
  5.1 系统仿真实验  55-58
    5.1.1 系统结构仿真  55
    5.1.2 系统场景成像仿真  55-56
    5.1.3 系统视场角验证  56-58
  5.2 系统标定实验  58-61
    5.2.1 曲线拟合的仿真实验  58-60
    5.2.2 标定实验  60-61
6 总结与展望  61-63
  6.1 工作总结  61
  6.2 工作展望  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-68

单相机全方位立体视觉系统的优化设计与标定

内容摘要

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