论文题目: 基于双目立体视觉原理的自由曲面三维重构
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 张可
导师: 师汉民,唐立新
关键词: 双目立体视觉,自由曲面重构,摄像机标定,遗传算法,神经网络,对应点匹配,极线几何,投影校正
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 自由曲面三维重构技术在反求工程、虚拟现实等领域具有广泛的应用价值。立体视觉方法是实现自由曲面三维重构的重要手段之一。在立体视觉系统中,摄像机标定和图像之间的对应点匹配一直是研究热点和难点。本文以自由曲面三维重构为目的,构建双目立体视觉实验系统,对立体视觉系统的摄像机标定及图像匹配两个方面的内容展开深入研究。本文采用遗传算法对立体视觉系统的摄像机进行标定,针对标准遗传算法编码方式存在的缺陷,提出了参数搜索区间自适应调整的编码方法。该方法在保持染色体编码长度不变的情况下,能同时满足搜索空间大小和编码精度的要求,从而有效地实现了以遗传算法对双目视觉这一高维、非线性系统的摄像机标定,也为提高标准遗传算法在解决非线性、复杂函数优化问题的计算性能方面提供了新的思路。另一方面,通过用BP 神经网络模拟立体视觉系统三维空间与二维图像平面之间的物、像对应关系,建立了双目立体视觉系统的摄像机隐式标定模型,避免了因数学模型的不完善而带来的系统误差。借助精密的数控移动工作台获取了密集的标定样本数据,并在神经网络训练过程中采用正则化方法,有效地提高了标定精度和增强了BP 神经网络结果的推广能力。针对自由曲面存在图像特征稀少的问题,本文分别采用向对象表面投射大小光斑和条纹的方法,人为增加图像特征,有效地提高了立体视觉去歧义匹配的能力。在采用投射大小光斑的方法中,提出了基于射影变换原理的分块匹配算法。该算法对由大点构成的区域进行标准形状变换,然后对左右图像对应区域内的小点实现自动匹配,有效地解决了大小光斑匹配的问题。本文对立体视觉系统的极线约束性质进行深入研究,提出了一种新的投影校正方法。该方法利用极线约束原理计算左右图像平面的极点坐标及极线相对位置调整系数,建立左右图像平面的投影校正公式。在投影校正后的左右图像平面上,所有极线相互平行且处于水平方向,共轭极线位于同一条水平线上,使左右图像的对应点匹配搜索从二维平面降至一维水平线,为图像匹配提供了极为有利的约束条件。在得到对象的三维模型后,利用由BP 神经网络模拟的物、像对应关系,从二维图像提取纹理信息赋给对应的三维重构模型表面点,实现纹理映射,使三维模型具有更好的视觉效果。实验结果表明,通过向对象表面投射辅助图案,利用本文提出的匹配算法,由
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1．1 论文工作背景
1．2 相关研究领域及其发展概况
1．3 本文主要研究工作
2 双目立体视觉实验系统
2．1 双目立体视觉系统结构
2．2 由两台CCD 摄像机构建的立体视觉系统
2．3 由两台数码相机构建的立体视觉系统
2．4 本章小结
3 双目立体视觉系统的数学模型及其标定
3．1 双目立体视觉系统的数学模型
3．2 基于遗传算法的系统标定
3．3 基于BP 神经网络的系统标定
3．4 本章小结
4 基于光斑投射和分块匹配的双目视觉方法
4．1 光斑图案
4．2 分块匹配的算法原理
4．3 特征提取
4．4 特征匹配
4．5 自由曲面三维重构实验
4．6 本章小结
5 基于投影校正和条纹投射的双目立体视觉方法
5．1 极线约束
5．2 立体视觉投影校正
5．3 基于投影校正的图像变换
5．4 三维模型重构实验及结果
5．5 本章小结
6 全文总结及展望
6．1 全文总结
6．2 展望及对今后工作的建议
致谢
参考文献
附录 1 攻读博士学位期间发表和拟发表的学术论文
附录 2 立体视觉系统实验装置一
附录 3 立体视觉系统实验装置二
发布时间: 2006-04-05
Abstract:zi you qu mian san wei chong gou ji shu zai fan qiu gong cheng 、xu ni xian shi deng ling yu ju you an fan de ying yong jia zhi 。li ti shi jiao fang fa shi shi xian zi you qu mian san wei chong gou de chong yao shou duan zhi yi 。zai li ti shi jiao ji tong zhong ,she xiang ji biao ding he tu xiang zhi jian de dui ying dian pi pei yi zhi shi yan jiu re dian he nan dian 。ben wen yi zi you qu mian san wei chong gou wei mu de ,gou jian shuang mu li ti shi jiao shi yan ji tong ,dui li ti shi jiao ji tong de she xiang ji biao ding ji tu xiang pi pei liang ge fang mian de nei rong zhan kai shen ru yan jiu 。ben wen cai yong wei chuan suan fa dui li ti shi jiao ji tong de she xiang ji jin hang biao ding ,zhen dui biao zhun wei chuan suan fa bian ma fang shi cun zai de que xian ,di chu le can shu sou suo ou jian zi kuo ying diao zheng de bian ma fang fa 。gai fang fa zai bao chi ran se ti bian ma chang du bu bian de qing kuang xia ,neng tong shi man zu sou suo kong jian da xiao he bian ma jing du de yao qiu ,cong er you xiao de shi xian le yi wei chuan suan fa dui shuang mu shi jiao zhe yi gao wei 、fei xian xing ji tong de she xiang ji biao ding ,ye wei di gao biao zhun wei chuan suan fa zai jie jue fei xian xing 、fu za han shu you hua wen ti de ji suan xing neng fang mian di gong le xin de sai lu 。ling yi fang mian ,tong guo yong BP shen jing wang lao mo ni li ti shi jiao ji tong san wei kong jian yu er wei tu xiang ping mian zhi jian de wu 、xiang dui ying guan ji ,jian li le shuang mu li ti shi jiao ji tong de she xiang ji yin shi biao ding mo xing ,bi mian le yin shu xue mo xing de bu wan shan er dai lai de ji tong wu cha 。jie zhu jing mi de shu kong yi dong gong zuo tai huo qu le mi ji de biao ding yang ben shu ju ,bing zai shen jing wang lao xun lian guo cheng zhong cai yong zheng ze hua fang fa ,you xiao de di gao le biao ding jing du he zeng jiang le BP shen jing wang lao jie guo de tui an neng li 。zhen dui zi you qu mian cun zai tu xiang te zheng xi shao de wen ti ,ben wen fen bie cai yong xiang dui xiang biao mian tou she da xiao guang ban he tiao wen de fang fa ,ren wei zeng jia tu xiang te zheng ,you xiao de di gao le li ti shi jiao qu qi yi pi pei de neng li 。zai cai yong tou she da xiao guang ban de fang fa zhong ,di chu le ji yu she ying bian huan yuan li de fen kuai pi pei suan fa 。gai suan fa dui you da dian gou cheng de ou yu jin hang biao zhun xing zhuang bian huan ,ran hou dui zuo you tu xiang dui ying ou yu nei de xiao dian shi xian zi dong pi pei ,you xiao de jie jue le da xiao guang ban pi pei de wen ti 。ben wen dui li ti shi jiao ji tong de ji xian yao shu xing zhi jin hang shen ru yan jiu ,di chu le yi chong xin de tou ying jiao zheng fang fa 。gai fang fa li yong ji xian yao shu yuan li ji suan zuo you tu xiang ping mian de ji dian zuo biao ji ji xian xiang dui wei zhi diao zheng ji shu ,jian li zuo you tu xiang ping mian de tou ying jiao zheng gong shi 。zai tou ying jiao zheng hou de zuo you tu xiang ping mian shang ,suo you ji xian xiang hu ping hang ju chu yu shui ping fang xiang ,gong e ji xian wei yu tong yi tiao shui ping xian shang ,shi zuo you tu xiang de dui ying dian pi pei sou suo cong er wei ping mian jiang zhi yi wei shui ping xian ,wei tu xiang pi pei di gong le ji wei you li de yao shu tiao jian 。zai de dao dui xiang de san wei mo xing hou ,li yong you BP shen jing wang lao mo ni de wu 、xiang dui ying guan ji ,cong er wei tu xiang di qu wen li xin xi fu gei dui ying de san wei chong gou mo xing biao mian dian ,shi xian wen li ying she ,shi san wei mo xing ju you geng hao de shi jiao xiao guo 。shi yan jie guo biao ming ,tong guo xiang dui xiang biao mian tou she fu zhu tu an ,li yong ben wen di chu de pi pei suan fa ,you
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