直线立体匹配中部分遮挡和特征不确定性问题研究

论文摘要

直线特征立体匹配是目标姿态参数估计、图像配准、三维重建等任务中的关键技术,部分遮挡和特征不确定性是制约该技术走上实用的两个难点问题。作者所在课题组已针对这两个问题进行了深入地研究,提出了基于特征编组解决部分遮挡问题以及基于Vague集解决特征不确定性问题的方法。本文基于这些研究成果,提出了一种同时解决部分遮挡和特征不确定性问题的直线立体匹配方法,并对立体成像模型参数的求解问题进行了研究。论文取得的成果如下:(1)设计并实现了一种同时求解立体相机内方位元素和相对定向模型参数的方法。首先获取多组空间位置和姿态不同的标定板立体像对,通过标定板中标识点的物方坐标与其像方坐标,建立共线投影方程,利用最小二乘的思想求解出相机的内方位元素,同时计算出左、右相机的外方位元素,即相对于标定板的旋转和平移参数;任选其中一对立体影像,通过左、右相机外方位元素,计算出左、右相机之间的相对位置关系,从而确定立体相机的相对定向模型。这种方法实现简单,快速有效;(2)提出了一种解决部分遮挡和特征不确定性问题的直线特征立体匹配方法。该方法首先建立左、右图像中所有提取直线的不确定模型并计算其不确定度,然后利用Vague集的方法求解不确定性特征间的相似性度并建立直线间的初始匹配关系,接着利用特征编组的方法处理直线间的部分遮挡问题,并根据特征编组中每条直线不确定度计算其能量值,最后通过图论中的优化算法搜索全局一致的最优特征编组集,得到直线间的匹配关系。大量实验结果证明了本文方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作与组织方式
• 1.3.1 论文的主要工作
• 1.3.2 论文的组织方式
• 第二章 立体成像模型参数的求解
• 2.1 概述
• 2.2 相机标定
• 2.2.1 相机成像的几何模型及其参数
• 2.2.2 相机标定原理
• 2.2.3 相机标定方法
• 2.3 立体相机的相对定向模型
• 2.3.1 相对定向概述
• 2.3.2 相对定向元素
• 2.3.3 相对定向元素的求解方法
• 2.4 本文方法
• 2.4.1 算法原理
• 2.4.2 同名核线检验
• 2.4.3 算法的实现步骤及流程图
• 2.4.4 实验结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 直线特征匹配中部分遮挡和特征不确定性问题分析
• 3.1 部分遮挡问题的实质及其对直线特征匹配的影响
• 3.2 解决部分遮挡问题的数学模型
• 3.2.1 部分遮挡问题的可解范围
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 特征不确定性问题对直线立体匹配的影响及其计算模型
• 3.4 直线特征的不确定属性之间相似性度量
• 3.4.1 Vague 集的基本理论
• 3.4.2 直线不确定性特征之间相似度的计算方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 立体图像中的直线特征匹配算法
• 4.1 直线特征立体匹配的理论框架
• 4.2 算法的具体实现过程
• 4.2.1 提取图像中的直线并计算其不确定度
• 4.2.2 建立左、右直线间的初始匹配关系
• 4.2.3 直线特征编组的提取
• 4.2.4 寻找最优的直线特征编组子集
• 4.2.5 算法的流程图
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 论文总结
• 5.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 直线特征编组中的相关定理
• 附录B 图论的相关知识
• B.1 图的基本概念
• B.2 图中最大权团的求解