双目视觉系统关键技术研究

论文摘要

立体视觉是计算机视觉的一个重要分支,在逆向工程、快速成型及工业检测中占有重要的地位,有助于实现非接触式三维测量及快速建模。直接模拟人眼处理景物的双目立体视觉技术是基于视觉测量的最常用的实现方式。该项技术与传统的三坐标测量机相比,速度快,量程大,操作方便。本文从快速获取物体的三维数据出发,建立一个简单灵活,实用性强的的双目视觉系统,并对摄像机标定、特征提取和立体匹配等关键技术进行了较深入的研究。首先以较低的成本建立了一个结构简单的双目视觉系统的硬件平台,主要包括CCD摄像机和光学镜头,图像采集卡、计算机、固定架。在完成硬件配置的基础上,实现了软件框架。较为系统地研究了摄像机标定技术,采用摄像机非线性模型,引入各种非线性畸变因素,以透视投影变换标定方法为理论基础,利用最小二乘法求出畸变系数,建立畸变模型,利用透视投影关系求解畸变模型的投影矩阵,最后利用再投影误差最小化准则优化投影矩阵,并分解内外参数。通过在物体表面粘贴标识点的方法,综合图像特征提取、极线校正、特征匹配,利用标定参数实现了三维数据的快速获取。在硬件配置、软件编程、系统标定以及基于摄像机标定的特征点的三维重建等工作的基础上,建立了一个双目立体视觉系统,并用测量实例对系统进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 立体视觉发展概述
• 1.2.1 计算视觉理论框架
• 1.2.2 国内外立体视觉的研究和应用现状
• 1.3 课题的提出及研究内容
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 课题的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 双目视觉系统构成
• 2.1 双目视觉基本原理
• 2.2 双目视觉系统的硬件组成
• 2.2.1 CCD 摄像机的选择
• 2.2.2 镜头的选择
• 2.2.3 图像采集卡的选择
• 2.3.4 其他器材的选择
• 2.3 双目视觉系统软件实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 双目视觉成像模型及摄像机标定
• 3.1 摄像机的成像模型
• 3.1.1 摄像机参考坐标系
• 3.1.2 摄像机线性模型
• 3.1.3 摄像机非线性模型
• 3.1.4 双目立体视觉模型
• 3.2 标定方法综述
• 3.2.1 传统标定方法
• 3.2.2 自标定方法
• 3.2.3 基于主动视觉的标定方法
• 3.2.4 张正友的平面标定法
• 3.3 本文双目立体视觉系统的标定
• 3.3.1 标定算法
• 3.3.2 标定实验
• 3.3.3 确定两个摄像机的相对位置
• 3.3.4 标定误差验证
• 3.4 标定结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于摄像机标定的特征点的三维重建
• 4.1 三维重构基本原理
• 4.2 立体匹配
• 4.2.1 常用的匹配方法
• 4.2.2 特征与特征提取
• 4.2.3 外极线约束
• 4.2.4 立体图像校正
• 4.3 基于摄像机标定的特征点三维重建
• 4.4 应用实例
• 4.4.1 扇叶表面重构
• 4.4.2 误差分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 参 与 科 研 项 目
• 致谢