用于全方位视觉导航的图像校正技术研究

论文摘要

全方位视觉系统能一次性获取180度立体角内的场景图像。由于该系统具有大视野的显著特征,使其在军事和民用等领域的应用日益广泛。但是全方位视觉设备由于其特殊的光学成像机制,系统获取的图像存在严重的扭曲。因此,在将全方位视觉投入到真正的应用之前,需要从全方位图像中恢复出所拍摄的景物信息。本文研究了使用鱼眼镜头获取的全方位视觉图像的校正问题。图像的几何畸变校正就是以特定变换方式将一幅图像变换为理想图像的操作,该技术在全方位视觉导航系统中具有重要作用,为本系统中的目标识别、跟踪和定位奠定了良好基础。全方位视觉导航系统中的几何畸变校正拓宽了识别系统的适用性,优化了系统的性能,增加了系统的可靠性。鱼眼镜头主要的畸变误差分为三类:径向畸变、偏心畸变和薄棱镜畸变。在假定镜头中心和附近为零畸变或小畸变的前提下,用制做标准的标定板对摄像机进行标定来求取标定点像素坐标的理想值和实际值,同时把支持向量机引入图像处理领域对径向距离进行回归生成坐标映射表,把坐标映射表用于图像校正程序对畸变图像进行校正,得到无畸变图像。本文首先介绍了全方位视觉技术、该技术的研究现状以及具体应用现状,然后介绍摄像机的成像理论、摄像机的标定理论,在分析鱼眼镜头成像的畸变模型的基础上对鱼眼镜头进行标定;文章阐述了图像处理的相关理论方法,特别是图像产生几何畸变后的校正方法。本文设计并实现了一个应用软件,该软件可以对全方位视觉系统采集的图像进行实时校正,所处理的图像可以分别为采集的单帧或连续的图像帧,为全方位视觉导航的目标定位和识别奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外全方位视觉研究现状
• 1.2.1 国内外对全方位视觉的理论研究
• 1.2.2 全方位视觉的应用研究现状
• 1.3 图像畸变校正技术
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 全方位视觉导航系统
• 2.1 全方位视觉系统组成和运动模型
• 2.1.1 AGV的系统组成
• 2.1.2 AGV的构型
• 2.1.3 AGV的运动模型
• 2.2 AGV涉及的主要技术
• 2.2.1 传感器融合技术
• 2.2.2 计算机视觉
• 2.2.3 AGV的导航方式
• 2.3 视觉导航的全方位视觉系统
• 2.3.1 视觉导航
• 2.3.2 定位控制系统
• 第三章 摄像机相关理论
• 3.1 摄像机的成像原理
• 3.1.1 摄像机的针孔成像原理
• 3.1.2 鱼眼图像的成像原理
• 3.2 摄像机的标定
• 3.2.1 摄像机标定的基本理论
• 3.2.2 传统摄像机标定技术的原理和方法
• 第四章 图像处理相关技术
• 4.1 数字图像处理概述
• 4.1.1 数字图像处理的发展和应用
• 4.1.2 数字图像处理方法
• 4.1.3 数字图像处理特点
• 4.1.4 数字图像处理领域的发展动向
• 4.2 图像几何校正预处理
• 4.2.1 边缘检测
• 4.2.2 图像二值化
• 4.3 图像变换与几何校正算法研究
• 4.3.1 常见几何变换算法
• 4.3.2 几何畸变校正算法
• 第五章 全方位视觉图像几何畸变校正实验
• 5.1 全方位视觉图像几何畸变校正系统框架结构
• 5.2 系统的硬件和软件环境
• 5.3 全方位视觉图像几何畸变校正的实现
• 5.3.1 鱼眼镜头畸变及数学模型
• 5.3.2 镜头畸变校正系数求解
• 5.3.3 系统的标定
• 5.3.4 支持向量回归算法
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢