基于计算机视觉中双目立体匹配技术研究

论文摘要

立体视觉技术是计算机视觉领域一个经典的研究课题,它以尽可能逼真的模仿人类的双目视觉功能为目标。所谓双目立体视觉,是从两个不同的角度来观察同一个景物,以获取在不同视角下的感知图像,通过成像几何原理计算图像像素之间的位置偏差（视差）,进而获取景物的三维信息。作为立体视觉领域的热点,尤其是在排爆机器人确定危险目标,无人车自动避障,人造卫星的目标识别等领域,该课题的研究可以解决很多实质性问题。因此,对它进行进一步研究,将会非常有意义。双目立体匹配技术的实现可分为图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配和三维重建几个部分。论文针对双目立体视觉的几个关键技术进行了深入的研究。（1）在摄像机参数标定中,采用了一种介于传统标定方法和自标定方法之间的方法——张正友的基于平面标定模板的摄像机标定方法（张氏标定法）,通过手工方法和Harris角点检测获取模板特征点的图像坐标,进而通过实验和计算来获取摄像机的参数。（2）立体匹配时寻找一个同一目标点在两幅图像中的成像位置,匹配特征的选取、匹配准则的确定、匹配算法的实现是立体匹配的三个重要步骤。在基于特征的立体匹配方法中,本课题采用基于Sift算子的特征点提取和匹配算法进行编程,并且通过实验获得空间点数据。提出了基于Sift算子的MSift算子,进而进行实验验证,通过与原算子Sift的比较,得到了预期的结果,并通过MSift算子下的程序获取了匹配点的图像坐标。（3）根据立体视觉基本原理及三维坐标计算方法,完成了三维坐标计算,将特征点的距离信息与激光传感器测距进行比较获得误差,并对误差原因进行了分析,最后根据测量结构生成了轮廓深度图。论文中应用Matlab,C++进行基于实验算法的编程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 计算机视觉技术介绍
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 国内外发展概况及研究现状和难点
• 1.2 双目立体视觉技术
• 1.2.1 双目立体视觉概述
• 1.2.2 图像获取
• 1.2.3 图像预处理
• 1.2.4 摄像机标定
• 1.2.5 立体匹配
• 1.2.6 三维内插介绍
• 1.3 双目立体视觉系统的理想模型
• 1.4 论文主要工作
• 第二章 双目立体视觉系统的数学模型和摄像机的标定
• 2.1 双目立体视觉系统的数学模型
• 2.2 摄像机标定
• 2.2.1 摄像机标定概述
• 2.2.2 摄像机成像模型
• 2.2.3 传统的摄像机标定方法
• 2.3 Tsai两步法
• 2.3.1 算法基本原理
• 2.3.2 标定过程
• 2.4 本课题采用的标定方法
• 2.4.1 算法过程
• 2.4.2 求解过程
• 2.4.3 镜头畸变优化
• 2.4.4 标定步骤
• 2.4.5 实验结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 立体匹配关键技术及算法分类
• 3.1 概述
• 3.2 立体匹配技术发展
• 3.2.1 特征空间
• 3.2.2 相似性度量
• 3.2.3 搜索空间
• 3.2.4 搜索策略
• 3.3 立体匹配算法归类
• 3.4 Sift算法详解
• 3.4.1 Sift特征提取
• 3.4.2 Sift特征匹配
• 3.5 MSift特征匹配
• 3.5.1 MSift算法的特征提取
• 3.5.2 MSift算法的特征匹配
• 3.6 实验结果分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 三维重建
• 4.1 引言
• 4.2 空间坐标计算
• 4.2.1 立体视觉原理
• 4.2.2 空间坐标计算
• 4.2.3 坐标计算结果及误差分析
• 4.3 生成深度图
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的论文