基于双目立体视觉三维重建.pdf

求情况,本文提出改进的角点提取方法,即采用虷诤系慕堑慵觳馑惴摘要法。通过比较分析,本文采用了张氏标定法的原理,结合特征提取的知识,实现了对摄随着图像处理技术和计算机技术的不断发展,计算机视觉作为一个多学科交叉的新兴学科,无论在理论研究方面还是在实际应用方面都取得了飞速的发展。在计算机视觉领域中,三维场景重建问题一直是一个热门的研究方向,国内外的很多学者都投身于该方面的研究。随着三维重建技术的不断发展,三维重建技术已经广泛应用于机器人导航、图像监测、医学图像分析、还有农业、建筑业、军事、文化遗产保护等众多领域。在众多三维场景重建方法中,由于基于立体视觉的方法只需要利用自然光源下的二维图像信息,就可以实现三维重建,而不需要认为的在场景中设置光源,具有成本低、适应性强等特点,所以是目前应用范围最广的三维重建技术之一。本文首先介绍了计算机视觉技术、立体视觉执行过程以及国内外基于立体视觉的三维重建的研究现状,从而引出本文研究的目标:用双目立体视觉系统实现三维场景的重建。因为三维重建对实时性和精度都有较高要求,本文重点研究了双目立体视觉系统的特征提取、摄像机标定、立体匹配和三维坐标求解四项关键技术,并对每个关键技术进行了相应的实验。在特征提取部分,本文主要对特征提取中的角点检测和边缘检测进行了研究与实验,为后续工作打下基础。在这一部分,本文首先研究了阕拥募扑惴椒ㄒ约它的优缺点,然后研究了算子的计算方法以及它的优缺点,通过比较以及实际需对棋盘标定模板进行角点检测,改进的方法提高了角点检测的精度和速。另外,本文研究了边缘检测方法中的阕印算子、二阶微分算子以及阕樱ü实验对比分析决定采用阕佣酝枷窠斜咴堤崛在摄像机标定部分,研究了投影几何学,建立了摄像机线性以及非线性模型,研究了图像的形成过程和传统的摄相机标定方法,包括浠环ā甓ǚā⒄攀媳甓像机内外参数的标定。标定过程充分考虑了镜头径向畸变,使摄像机的标定结果精度更高、适用范围更广。实验部分也验证了标定算法的有效性和准确性。在立体匹配部分,首先介绍了立体匹配中的基本概念以及立体匹配的约束条件;然后,分别对基于特征的立体匹配算法和基于区域的立体匹配算法进行了研究,通过对比分析两种算法的优缺点,再考虑系统对精度、速度以及密集视差图的要求,采用了基于区域的立体匹配算法作为理论基础,提出了改进的全局能量最小化算法和线性生长算法。最后结合立体匹配的五个约束条件,同时考虑不可靠估计的过滤问题,实现左右两幅图像的立体匹配。经过实验所得的图像和数据信息,总结了两种改进的算法各自的优基丁双目立体视觉的三维重建
缺点。最后,本文研究了空间点三维重建的基本模型以及三维坐标的几种求取方法,最后根据本系统特点,采用视差测距法计算三维空间坐标,将立体匹配过程得到的视差图转化为深度图和三维效果图,达到研究目的。本文的算法编程部分是基于和。通过实验验证了本文所采用方法的正确性和可行性,为机器人代替人类工作等方面的研究和应用奠定了基础。关键词:双目立体视觉;特征提取;摄像机标定:立体匹配;三维重建哈尔滨倘搜妒宦畚
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第滦髀引言计算机视觉技术在计算机视觉领域中,三维场景信息重建一直是一个热门的研究方向。很多国家的研究学者已经针对该问题提出了很多实现方法,并且在该领域中取得了很大成果。例如,按照照明方式的不同,可以将这些方法分为被动测距法或主动测距法。被动测距法是在自然光照条件下获取物体的深度信息,是一种感知距离技术,适用范围广;主动测距法需要利用特殊的光源,具有较高的测量精度、较强的实时性以及良好的抗干扰能力等优点,但是它成本高,甚至需要能量传播媒介,所以一般只适用于受环境限制和需要保密的场合Ⅲ。在众多三维场景重建方法中,由于基于立体视觉的方法只需要利用在自然光照条件下的二维图像,就可以实现三维信息的重建,而不需要人为的在场景中设置光源,具有成本低、实现方式灵活、适应性强等优点,所以是目前应用范围最广的三维重建技术之一。其中,基于双目的立体视觉方法是模拟人类视觉系统设计的,它采用两个阆头模拟人眼。双目立体视觉系统从不同视角拍摄同一个场景,采集到左右两幅图像,然后利用立体匹配技术获得视差图,再利用投影几何学以及三角几何测量法推算出深度信息,从而实现了三维信息的重建。三维重建技术已经在很多领域中得到应用,例如机器人导航、无人驾驶汽车、图像监测、医学图像分析,还有农业、建筑业、军事、文化遗产保护等等众多领域。可见,三维场景重建技术应用价值巨大,具有广泛的发展前景。人类的视觉系统对于我们的生活环境,具有强大的感知和认知能力。它和大脑配合工作,通过获取、传输、处理和理解等过程为人类提供了大