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基于无人直升机航拍照片的三维目标重建技术

作　者: 王一
导　师: 王东
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 无人机双目视觉 3维重建特征点匹配
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无人直升机(UAV-unmanned aerial vehicle)由于其特殊的机动性能,在军事、民用领域具有广阔的应用前景。无人机的基本结构包括无人机本体、导航系统、飞行控制系统、无线数据通信系统、地面基站系统以及应用任务系统6个部分组成。在上海交大自主研发的无人直升机“天行者”上,已经初步实现了前5个系统。本文以无人机“天行者”为应用对象,在无人机的第6个应用任务系统这部分进行创新与实现。无人直升机在飞行控制和执行应用任务的过程中,需要感知到前方的障碍,及所执行的应用任务的环境信息。利用机载的双目摄像头所获得的同步2D图像,通过模式识别技术和三维立体重建技术,从理论上可以构建出视场范围的3D环境信息。该3D数据能够有效地支持无人直升机在应用任务执行过程中的避障、路径规划和应用任务的适时控制。因此,研究利用同步航拍2D图像,构建出3D飞行环境模型,具有重要的理论和应用价值。论文重点研究了无人直升机机载环境下的双目航拍技术,基于航拍图片的模式识别技术,以及3D构造技术,研究内容具体包括以下几个方面:1,结合无人机“天行者”的物理特性,利用双目视觉几何原理设计和建立无人直升机双目视觉系统。2,运用图像处理技术,研究提取双目视觉视场范围物体特征点,并将两个摄像头提取到的特征点进行匹配。论文研究和运用了SIFT、SUSAN算法,在MATLAB中实现左右两幅图像中特征点的匹配。3,利用双目视觉的几何原理,将已经匹配成功的特征点进行空间位置信息解算,由两张2维同步照片所提供的信息,计算出物体在3维空间中特征点的坐标值,实现场景的三维重建。论文的双目视觉系统经过试验验证,取得了较好的实验效果,该项技术在无人机视觉导航、地形侦查、飞行避障等方面有很好的应用价值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-18
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 小型无人机航拍技术研究现状  12-15
    1.2.1 世界各国家的研究现状  12-14
    1.2.2 国内外高校的研究现状  14-15
  1.3 研究意义  15-16
  1.4 研究内容与取得的成果  16-17
  1.5 论文结构  17-18
第二章无人机航拍照片三维重建的技术分析  18-31
  2.1 无人机传感设备研究综述  18-19
  2.3 目前的研究出现的问题  19-20
  2.4 本文的技术路线  20-22
  2.5 相关技术知识简介  22-30
    2.5.1 无人机地面基站航拍信息处理模块  22-24
    2.5.2 特征点匹配算法  24-30
  2.6 本章小结  30-31
第三章机载双目视觉系统的建立  31-42
  3.1 双目视觉几何原理研究  31-35
  3.2 双目视觉体系建立  35-41
    3.2.1 摄像头的选型  35-36
    3.2.2 摄像头的标定  36-39
    3.2.3 摄像头畸变的校正  39-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章图像预处理及特征点检测  42-51
  4.1 图像预处理  42-46
    4.1.1 噪声的产生和类型  42-43
    4.1.2 图像去噪  43-46
  4.2 特征点的检测  46-50
    4.2.1 特征点的检测算法介绍  46-49
    4.2.2 特征点的提取  49-50
  4.3 本章小结  50-51
第五章特征点的匹配  51-65
  5.1 特征点的匹配原理及规则  51-55
    5.1.1 特征点的匹配原理分析  52-53
    5.1.2 特征点的匹配规则  53-55
  5.2 SIFT 和SUSAN 算法的特点  55-59
    5.2.1 SIFT 算法特点  55-56
    5.2.2 SUSAN 算法特点  56-59
  5.3 SIFT 算法和SUSAN 算法的实验对比  59-64
  5.4 本章小结  64-65
第六章三维重建  65-74
  6.1 三维重建的设计  65-66
  6.2 三维重建的实现  66-73
    6.2.1 场景特征点的三维坐标计算  67-69
    6.2.2 三维重建的实现  69-72
    6.2.3 误差统计分析  72-73
  6.3 本章小结  73-74
第七章总结和展望  74-76
  7.1 总结  74
  7.2 展望  74-76
参考文献  76-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  82

基于无人直升机航拍照片的三维目标重建技术

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