摄像机定标与单视测量技术研究

论文摘要

本文主要研究了与计算机视觉相关的两方面技术:摄像机定标技术与基于单视图像的测量技术。基于平面模板的摄像机定标算法在摄像机定标技术中占有重要定位。这种算法通常要涉及到模板的识别与匹配。对于常用的棋盘格模板,传统方法通过人机交互的方式实现模板识别,由于存在人工的参与,降低了定标效率。针对这一问题,本文提出了基于SUSAN和Hough变换的自动识别算法。第一步,根据棋盘格内角点周围象素的灰度特征,设计了一种基于SUSAN的检测算子,以获取初始棋盘内角点;第二步,利用消隐点约束和Hough变换获取棋盘栅格线;第三步,根据棋盘格模板的点线特征实现棋盘格模板的自动识别,建立模板数据与图像数据之间的联系;最后计算出摄像机的内外参数。实验结果表明这种算法对于棋盘格模板具有较高的识别率和精度。与传统方式相比,该方法减少了定标过程中所用的时间,尤其适合利用多幅棋盘格模板图像对摄像机进行自动化定标。近年来,基于图像的测量技术在计算机视觉领域引起了广泛的关注。单视测量技术就是其中一种重要的方法。一种常用的单视测量方法是通过获取图像平面与空间场景平面(参考平面)之间的单应性矩阵实现对该平面上几何量的测量。本文在此基础上,利用垂直方向的消隐点对摄像机进行弱定标得到投影矩阵,实现了垂直高度的测量。模拟实验与真实图像测试结果表明该算法具有较好的测量精度,适用于结构化场景的测量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 计算机视觉理论基础
• 1.3 研究背景与意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 摄像机定标技术
• 1.4.2 单视测量技术
• 1.5 论文的主要研究内容和组织结构
• 第二章 相关的理论基础知识
• 2.1 引言
• 2.2 射影几何学基础
• 2.2.1 射影变换
• 2.2.2 射影直线
• 2.2.3 射影平面
• 2.2.4 三维投影空间
• 2.2.5 二次曲线
• 2.3 摄像机成像模型
• 2.3.1 线性摄像机模型
• 2.3.2 非线性摄像机模型
• 2.4 绝对二次曲线与摄像机内参数
• 2.5 小结
• 第三章 摄像机定标技术
• 3.1 引言
• 3.2 基于透视变换矩阵的摄像机定标方法
• 3.3 Tsai两步定标法
• 3.4 基于主动视觉的摄像机自定标技术
• 3.4.1 图像间的对极几何约束
• 3.4.2 一种基于正交运动的自定标算法
• 3.5 基于平面棋盘格模板的摄像机定标
• 3.6 实验结果与分析
• 3.7 小结
• 第四章 一种棋盘格模板的自动识别算法
• 4.1 引言
• 4.2 棋盘角点的提取
• 4.2.1 SUSAN角点检测算法
• 4.2.2 基于SUSAN的棋盘点检测
• 4.2.3 棋盘点的精确检测
• 4.3 棋盘角点的定位
• 4.3.1 Hough变换
• 4.3.2 计算栅格线
• 4.3.3 角点定位
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 基于单幅图像的测量
• 5.1 引言
• 5.2 平面测量
• 5.2.1 基于点对应计算单应性矩阵的方法
• 5.2.2 基于直线对应计算单应性矩阵的方法
• 5.3 垂直高度测量
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 基于点的平面测量
• 5.4.2 基于直线的平面测量
• 5.4.3 场景测量
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果