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双目立体视觉中摄像机自标定方法研究

作　者: 滕爽
导　师: 乔双
学　校: 东北师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: 摄像机标定双目立体视觉三维测量 SIFT特征点
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

计算机视觉系统中双目立体视觉是一个非常重要的环节。它主要依据人类视觉处理景物,使用两台摄像机在相对固定的位置同时对同一景物从不同角度摄取图像,利用视差计算物体之间对应点从而得到三维空间场景中的信息。双目立体视觉的三维测量属于一种非接触被动式测量方法,此方法可以得到三维目标的距离、宽、高等信息,目前已被广泛应用到三维重构、智能机器人导航、工业监测、等领域。随着双目立体视觉相关技术的不断开发、计算机硬件与图像传感器研究意义的不断提高,计算机双目立体视觉系统的三维测量技术的应用将会越来越受到人们的重视。本论文以计算机双目立体视觉理论为基础,深入了解双目立体视觉的三维测量技术,双目立体视觉的摄像机自标定方法的研究是本论文的重点。本论文同时还对短基线计算机双目立体视觉系统的应用和测量进行了探究。本论文的主要工作是实现了一种改进的摄像机内部参数自标定方法。它主要通过两台摄像机在不同视角和位置对相同的周围环境进行图像采集完成摄像机内参数自标定。该方法具有操作简单、对硬件设备要求低、实现过程方便等优点,并可以实现在现场在线进行摄像机标定,对三维环境有很好的适应能量。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 双目立体视觉系统的广泛应用  8-9
  1.2 双目立体视觉系统的国内外发展现状  9-11
  1.3 双目视觉关键技术研究现状  11-14
第二章视觉通路原理简介  14-19
  2.1 视觉通路原理  14
  2.2 感受野细胞的分层等级假设  14-16
  2.3 视觉信息处理中的并行处理性质  16-19
第三章 Marr的计算视觉理论框架  19-21
  3.1 视觉系统研究的三个层次  19-20
  3.2 视觉信息处理的三个阶段  20-21
第四章摄像机标定的基本原理及其几何关系  21-31
  4.1 摄像机模型  21-26
    4.1.1 计算机视觉坐标系  21-24
      4.1.1.1 图像坐标系  21-22
      4.1.1.2 像平面坐标系  22-23
      4.1.1.3 摄像机坐标系  23
      4.1.1.4 世界坐标系  23-24
    4.1.2 针孔摄像机模型  24-26
  4.2 双目立体视觉测量基本原理  26-28
    4.2.1 理想模型下的测量公式  26-27
    4.2.2 非理想模型下的测量公式  27-28
  4.3 双目立体视觉空间几何关系  28-31
    4.3.1 极几何  28-29
    4.3.2 基本矩阵  29
    4.3.3 本质矩阵  29-31
第五章摄像机内外参数标定  31-43
  5.1 摄像机的标定方法  31-34
    5.1.1 传统摄像机标定  32-33
      5.1.1.1 直接线性变换（Direct Linear Transformation）的摄像机标定  32
      5.1.1.2 张正友摄像机标定方法  32-33
    5.1.2 摄像机自标定  33-34
  5.2 改进的摄像机内参数自标定方法  34-40
    5.2.1 基于SIFT特征的点匹配  36-38
      5.2.1.1 SIFT特征点检测  36
      5.2.1.2 SIFT特征点方向的确定  36-37
      5.2.1.3 生成SIFT特征向量  37-38
    5.2.2 基本矩阵的八点法估算  38
    5.2.3 基于简化的Kruppa方程求解有效焦距初值  38-39
    5.2.4 从本质矩阵分解旋转矩阵、平移向量  39-40
  5.3 实验数据与结果分析  40-43
    5.3.1 模拟数据实验  40-41
    5.3.2 真实图像实验  41-43
第六章总结  43-44
参考文献  44-47
致谢  47

双目立体视觉中摄像机自标定方法研究

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