基于射影几何的计算机立体视觉研究

论文摘要

计算机视觉是目前计算机科学的重要研究领域之一。而立体视觉是一个重要分支,并且是计算机视觉研究的重点和热点之一,其应用领域在迅速拓宽。立体视觉直接模拟了人类视觉处理景物的方法,可以在多种条件下灵活地测量景物的立体信息。其作用是其它计算机视觉方法所不能取代的,对它的研究,无论是在视觉生理的角度还是在工程应用的角度都具有十分重要的意义。立体视觉技术在由物体的二维图像获得物体的深度信息上具有很大的优越性。本文基于射影几何基础理论,分析了当前国内外立体视觉研究工作,针对其中的摄像机标定,立体匹配和三维重建几个关键部分展开研究:摄像机标定是计算机视觉领域里从二维图像获取三维信息的一个基本步骤。本文在摄像机标定模型的基础上,讨论了两步法和基于平面模板的标定方法,并对非线性模型下基于平面模板的标定算法进行实现,通过算法初步设定畸变系数初值来校正标定实验所提取的角点,实验表明可以降低重投影误差,使算法精度进一步提高。立体匹配是寻求同一空间景物在不同视点下投影图像的象素间的——对应关系,是视觉领域的一个瓶颈问题。本文对于立体匹配按照分阶段的方法,对于匹配过程的三个阶段运用了相关法、松弛法和最小平方中值法,通过三个渐进的阶段最终达到匹配的目的,并实现了立体像对的匹配。通过立体匹配阶段得到两幅图的匹配关系后,就可以依据该对应关系反推出实际空间点的立体位置,实现三维重建的目的。在完成摄像机标定,立体匹配两部分的前期工作后,就可以由这些已知信息计算空间点的三维坐标,本文研究了三维空间点重建的算法,并给出了实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 计算机视觉的发展
• 1.3 本文研究意义
• 1.4 立体视觉简介及研究现状
• 1.5 本文内容安排
• 2 射影几何理论
• 2.1 射影几何概述
• 2.2 射影空间（Projection space）与齐次坐标
• 2.3 射影几何中的点，线，面
• 2.4 射影几何中的变换
• 2.5 对极几何与基础矩阵
• 2.5.1 对极几何
• 2.5.2 基础矩阵
• 2.6 小结
• 3 摄像机标定
• 3.1 摄像机标定概述
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 摄像机标定方法分类
• 3.2 摄像机标定坐标系
• 3.3 摄像机成像模型
• 3.3.1 线性模型
• 3.3.2 非线性模型
• 3.4 两步法
• 3.5 基于平面模板的标定
• 3.5.1 标定原理
• 3.5.2 标定步骤
• 3.5.3 标定实验及结果分析
• 3.6 小结
• 4 立体匹配
• 4.1 引言
• 4.2 立体匹配基本约束条件
• 4.3 立体匹配算法分类
• 4.3.1 基于区域的匹配
• 4.3.2 基于特征的匹配
• 4.3.3 基于相位的匹配
• 4.4 匹配基元的选择
• 4.5 基于Harris角点检测的匹配
• 4.5.1 相关匹配
• 4.5.2 松弛法
• 4.5.3 最小平方中值法
• 4.6 实验结果
• 4.7 小结
• 5 三维重建
• 5.1 三维重建概述
• 5.2 三维重建步骤
• 5.3 空间点的重建
• 5.4 实验
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间发表论文