基于单目转双目的立体视觉技术研究

论文摘要

机器人大多是在双目立体视觉技术的基础上使用摄像机作为传感器感知周围环境。但是在水下同时使用两台摄像机,再加上配套的支架、缆线等设备,体积仍显的过大。这对于水下工作的静态机器人来讲,携带的难度仍然是不小的。本文所提出的单目转双目的立体视觉技术,是采用一台摄像机和两组对称反射镜组合,来实现双目立体视觉的功能。本文研究的内容,既能满足机器人在水下静态作业时用一台摄像机完成两台摄像机的任务要求;又能使用已经比较成熟的双目立体视觉技术来恢复现场的三维信息;还减小了测量系统体积、提高了测量速度、降低了使用成本。首先,本文研究了针孔式摄像机成像模型（线性成像模型）,摄像机非线性成像模型的标定方法,指出了本文采用两步法标定的具体步骤。在图像匹配过程中比较了三种常见方法的优缺点,给出了本课题中所选用的匹配方法——区域匹配。其次,在单目立体视觉的研究中,给出了单摄像机双置立体视觉系统及其工作原理,相应的数学模型,并且进行了单目转双目立体视觉系统的参数设计,分析了单目转双目方法可可行性,给出了改进方法,即在原有针孔成像数学模型的基础上,采用适合水下静态机器人工作的大视场数学成像模型,再结合数学公式的推导计算,满足了本课题的要求。最后,搭建了单摄像机双置实验平台,对人头像进行了实测实验,并采用单转双立体视觉技术完成了人头像表面的数据测量,通过对实测数据的三维重建,得到了人头像3-D模型,从而验证了本文采用及改进的方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 双目立体视觉
• 1.2.2 单目立体视觉
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 双目立体视觉关键技术
• 2.1 系统标定
• 2.1.1 摄像机标定
• 2.1.2 图像畸变校正
• 2.2 图像预处理
• 2.3 立体匹配
• 2.3.1 常见匹配技术比较
• 2.3.2 区域匹配法的选用
• 2.4 本章小结
• 第3章 单摄像机双置立体视觉
• 3.1 单摄像机双置立体视觉系统
• 3.1.1 单摄像机双置工作原理
• 3.1.2 单摄像机双置数学模型
• 3.1.3 单摄像机双置参数设计准则
• 3.2 大视场单摄像机双置立体视觉系统
• 3.2.1 大视场立体视觉系统的数学模型
• 3.2.2 大视场立体视觉系统的摄像机标定
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统实验及其结果
• 4.1 实验配置
• 4.1.1 硬件配置
• 4.1.2 软件平台
• 4.1.3 实验流程图
• 4.2 实验内容
• 4.2.1 图像采集
• 4.2.2 标定实验
• 4.2.3 立体匹配
• 4.2.4 重建结果
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢