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双目立体视觉关键技术研究

作　者: 牛海涛
导　师: 赵勋杰
学　校: 苏州大学
专　业: 光学
关键词: 双目立体视觉摄像机标定 SIFT 立体匹配三维重建 UMPC
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 236次
引　用: 3次
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内容摘要

双目立体视觉是计算机视觉的一个重要分支,它是一种由两幅图像获取物体三维几何信息的测量方法。它通过使用不同位置的两台摄像机拍摄同一场景,并利用成像几何原理计算图像像素间的位置偏差来获取景物的三维信息。双目立体视觉由于直接模拟了人类双眼视觉的生理构造,因此,在许多领域有着广阔的应用前景,如微操作系统的位姿检测与控制、机器人导航与航测、三维测量学及虚拟现实等。本文以双目立体视觉对工件进行三维重建为背景,针对双目立体视觉实际应用技术中的图像获取、摄像机标定、立体匹配、三维重建以及便携式双目立体三维重建硬件平台等重点问题进行了研究。本文主要工作如下:1.在分析opencv摄像机模型和现有的双目视觉系统标定方法的基础上,提出了一种基于棋盘格模板的新的三步标定算法;该方法能获得更高精度的标定参数,可以满足双目三维重建的要求。2.深入研究了SIFT特征匹配算法的原理,在SIFT描述子中加入了光照因子和摄像机震动因子,降低了光照变化和摄像机震动对匹配精度的影响,提高了SIFT算法的适应性。并且针对存在着大量形状相似或结构相似的区域的建筑物图像,在SIFT特征矢量中融入了颜色和全局信息,降低了建筑物图像误匹配的概率,明显地改善了匹配效果。3.研究和设计了移动便携式双目立体视觉三维重建硬件平台,大大提高了系统的实用性。4.最后,利用双目立体视觉实验系统,完成了包括立体图像对采集、摄像机标定、立体匹配和三维重建等步骤的完整的双目立体视觉实验,验证了相关工作的可行性和有效性,达到了预期效果。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-25
  1.1 计算机视觉基本理论  10
  1.2 双目立体视觉  10-18
    1.2.1 双目立体视觉基本模型  11-15
    1.2.2 双目立体视觉关键技术  15-18
    1.2.3 双目立体视觉技术难点  18
  1.3 双目立体视觉的发展与应用  18-21
    1.3.1 国外研究动态  18-19
    1.3.2 国内研究动态  19-20
    1.3.3 双目立体视觉的应用领域  20-21
  1.4 论文选题依据、研究思路和主要创新点  21-23
    1.4.1 选题依据  21-22
    1.4.2 研究思路  22-23
    1.4.3 主要创新点  23
  1.5 论文主要内容与组织结构  23-25
第二章双目立体视觉标定技术研究  25-42
  2.1 引言  25
  2.2 摄像机标定基本原理  25-31
    2.2.1 摄像机标定中的坐标系  25-28
    2.2.2 摄像机参数  28-29
    2.2.3 摄像机模型  29-31
  2.3 摄像机标定方法  31-33
    2.3.1 传统的摄像机标定方法  31-32
    2.3.2 摄像机自标定方法  32-33
  2.4 本文提出的摄像机标定方法  33-41
    2.4.1 算法思路  33-34
    2.4.2 标定方法设计  34-41
  2.5 本章小结  41-42
第三章双目立体视觉匹配技术研究  42-64
  3.1 引言  42
  3.2 立体匹配概述  42-43
  3.3 匹配约束原则  43-44
    3.3.1 图像几何性约束  43
    3.3.2 场景性约束  43-44
  3.4 立体匹配方法  44-48
    3.4.1 基于区域的立体匹配方法  44-46
    3.4.2 基于特征的立体匹配方法  46
    3.4.3 SIFT 特征匹配算法  46-48
  3.5 sift 算子的改进  48-55
    3.5.1 算法改进思路  48-49
    3.5.2 描述子设计  49-53
    3.5.3 实验验证及创新点分析  53-55
  3.6 基于具有光照与摄像机不变性的SIFT 描述子的立体匹配  55-62
    3.6.1 算法改进思路  56
    3.6.2 匹配算法设计  56-60
    3.6.3 实验验证及创新点分析  60-62
  3.7 本章小结  62-64
第四章双目立体视觉三维重建技术研究  64-69
  4.1 引言  64
  4.2 双目立体视觉系统恢复深度原理  64
  4.3 重建基本方法  64-66
    4.3.1 概述  64
    4.3.2 空间点的三维坐标计算  64-66
  4.4 基于OpenGL 的物体三维重建  66-68
    4.4.1 OpenGL 性能简介  66-67
    4.4.2 OpenGL 中深度数据的三维表面重建  67-68
  4.5 本章小结  68-69
第五章双目立体视觉三维重建系统整体设计与分析  69-88
  5.1 引言  69
  5.2 系统整体方案设计  69-79
    5.2.1 嵌入式双目立体视觉三维重建系统方案  69-76
    5.2.2 UMPC 双目立体视觉三维重建系统方案  76-79
  5.3 硬件设计  79-82
    5.3.1 摄像头选型  79-81
    5.3.2 UMPC 选型  81-82
  5.4 软件设计  82-87
    5.4.1 双摄像机立体标定程序  82-86
    5.4.2 双目立体视觉三维重建程序  86-87
  5.5 本章小结  87-88
结论与展望  88-90
参考文献  90-93
攻读学位期间发表的论文  93-94
致谢  94-95

双目立体视觉关键技术研究

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