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折反射全向视觉系统理论研究及优化设计

作　者: 李曦琳
导　师: 王向军
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 全向视觉折反射系统优化设计 MATLAB 图像处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 106次
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内容摘要

全向视觉系统,是能够覆盖360°的水平视场的视觉系统,近年来,在移动机器人/战车导航、场景监控、视频会议、远程教育和外部空间探测等领域被广泛投入应用。折反射系统以其独特的优点成为全向视觉研究和应用的热点,它结构简洁,可靠性强,搭建成本低,设计柔性好。论文主要的工作包括如下几个方面:对全向视觉系统基础知识的介绍和综述,简述了国内外该领域的研究状况。详细论述了全向视觉系统中的等效透视投影模型、单一视点约束等重要概念。从单一视点约束出发,讨论了单摄像机-单反射镜折反射系统的各种规则镜面外形,并做了相互比较。作为特例,提出了球面镜系统的优化设计框架,详细总结、分析搭建实用球面镜系统的原则、算法以及实际操作。全面分析了系统中各参数,所提出的投影模型建立了空间某点、它在反射镜上的投影点和它在像平面上的投影之间的坐标关系。使用Hough变换原理完成了全向图像的中心和半径的获取;使用MATLAB的图像处理工具箱给出了球面镜系统全向图像的展开算法。该算法的计算量小,有很好的实时性。在实验室环境下搭建了实验系统,讨论了系统选型以及安装调试需要注意的问题。用实验验证了所应用的理论和设计框架。对实验结果进行了分析。实验结果证明,使用球面镜系统进行场景监视成本低、效果好,实时性佳。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题研究背景介绍  8-12
    1.1.1 多图像拼接系统  9-11
    1.1.2 鱼眼镜头系统  11
    1.1.3 折反射系统  11-12
  1.2 国内外研究情况综述  12-13
    1.2.1 国外研究情况  12-13
    1.2.2 国内研究情况  13
  1.3 课题来源及主要研究工作  13-15
第二章全向视觉中的相关知识和理论问题  15-25
  2.1 光学系统知识  15-18
    2.1.1 透视投影- 针孔成像原理  15-17
    2.1.2 摄像机的畸变  17-18
    2.1.3 摄像机的参数标定  18
  2.2 摄像机的光学参数及相互关系  18-22
    2.2.1 CCD 靶面  18-19
    2.2.2 焦距  19-20
    2.2.3 视场角  20
    2.2.4 焦深  20
    2.2.5 F 值  20-21
    2.2.6 自动光圈和手动光圈  21
    2.2.7 变焦距镜头  21
    2.2.8 C 接口和CS 接口  21-22
  2.3 单一视点约束  22-25
第三章单摄像机-单反射镜折反射系统  25-37
  3.1 折反射系统的优点  25
  3.2 标准二次曲面反射镜  25-35
    3.2.1 平面镜  26-27
    3.2.2 锥面镜  27-28
    3.2.3 球面镜  28-30
    3.2.4 椭圆面反射镜  30-31
    3.2.5 双曲面反射镜  31-32
    3.2.6 抛物面反射镜  32-34
    3.2.7 单摄像机－双反射镜系统  34
    3.2.8 小结  34-35
  3.3 特别设计的反射镜  35-36
  3.4 单一视点的必要性  36-37
第四章球面镜系统的优化设计  37-52
  4.1 总体思想——如何选择球面镜系统  37
  4.2 球面镜系统设计的理论框架  37-41
    4.2.1 系统的原理  37
    4.2.2 投影模型－摄像机坐标系下的对应关系  37-39
    4.2.3 投影模型续－点P 到像点p 的投影  39
    4.2.4 系统的最大垂直视场角  39-41
    4.2.5 误差估计  41
    4.2.6 参数设计举例  41
  4.3 全向图像的处理  41-48
    4.3.1 图像中心与半径的获取  41-43
    4.3.2 图像的展开算法初探  43-46
    4.3.3 最终的图像展开算法  46
    4.3.4 建立对照表  46-47
    4.3.5 后期处理方式举例  47-48
  4.4 选型与系统搭建  48-52
    4.4.1 完整的球面镜系统  48
    4.4.2 球面反射镜的获得  48-49
    4.4.3 反射镜的技术参数  49
    4.4.4 摄像机的选择  49
    4.4.5 系统的支承  49-50
    4.4.6 图像的采集和处理系统  50-52
第五章实验系统的搭建及实验分析  52-62
  5.1 实验系统的组成  52-54
    5.1.1 反射镜  52
    5.1.2 摄像机  52-53
    5.1.3 镜头  53
    5.1.4 系统搭建  53-54
  5.2 实验的准备阶段  54-57
    5.2.1 系统的安装以及调试  54-55
    5.2.2 摄像机的标定  55-57
  5.3 全向图像的展开  57-58
  5.4 实验－确定图像中某像点在场景中的对应点  58-62
    5.4.1 实验系统的模型  58-59
    5.4.2 验证对应关系  59-61
    5.4.3 结果分析  61-62
第六章总结与展望  62-63
  6.1 总结  62
  6.2 展望  62-63
参考文献  63-66
附录  66-67
发表论文和参加科研情况的说明  67-68
致谢  68

折反射全向视觉系统理论研究及优化设计

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