發(fā)布時(shí)間：2020-06-05 02:05

【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,雙目立體視覺(jué)技術(shù)越來(lái)越受到廣大學(xué)者的青睞。由于雙目立體視覺(jué)是一種非接觸性的測(cè)量,從而被廣泛的應(yīng)用于航天航空、機(jī)器人導(dǎo)航、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。立體匹配作為雙目立體視覺(jué)中最為重要的一部分,其匹配結(jié)果直接影響著雙目立體視覺(jué)的效果。立體匹配的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)立體匹配算法獲取視差圖的過(guò)程,視差圖的優(yōu)劣又直接取決于立體匹配算法的精度,所以對(duì)立體匹配算法的研究具有十分重要的意義。本文首先分析并比較了各類立體匹配算法的優(yōu)缺點(diǎn),在保證匹配效果和匹配速度的前提下,本文最終選擇Census局部立體匹配算法作為本文的主要研究算法。由于傳統(tǒng)的Census立體匹配算法在Census變換階段采用大小固定并且單一的變換窗口,無(wú)法動(dòng)態(tài)的選擇合適的變換窗口,從而導(dǎo)致在圖像的深度不連續(xù)、弱紋理等區(qū)域的匹配效果不佳。針對(duì)這一問(wèn)題,本文采用自適應(yīng)窗口的Census立體匹配算法;并且在閾值選取上,本文采用自適應(yīng)閾值的方法,從而動(dòng)態(tài)的確定Census變換階段變換窗口的大小。最后,采用Middlebury立體匹配算法評(píng)估網(wǎng)站上提供的測(cè)試圖像在MATLAB軟件平臺(tái)上對(duì)本文算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文算法在圖像深度不連續(xù),弱紋理等區(qū)域的匹配效果明顯提高。本文改進(jìn)了 Census立體匹配算法,提高了算法的匹配精度。在閾值選取時(shí),每個(gè)像素點(diǎn)均自適應(yīng)的選取閾值,加大了算法的復(fù)雜度和運(yùn)算量,從而降低了算法的匹配速度。所以,為了提高本文算法的實(shí)用性,本文采用FPGA對(duì)本文算法進(jìn)行硬件加速。首先,介紹了本文硬件實(shí)現(xiàn)的整體框架以及模塊劃分;其次,采用Modelsim對(duì)硬件設(shè)計(jì)的主要模塊進(jìn)行功能仿真,并給出了功能仿真的波形圖;最后,在FPGA開(kāi)發(fā)板上對(duì)本文硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了板級(jí)驗(yàn)證,并將功能仿真波形圖與板級(jí)驗(yàn)證的波形圖進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于分辨率為640x480的圖像對(duì),最終處理速度可以達(dá)到32fps。
【圖文】：

背景與意義生活中，人們總是通過(guò)雙眼去獲取周圍世界的感官信息，然后通過(guò)大作出判斷與響應(yīng)。而計(jì)算機(jī)立體視覺(jué)技術(shù)就是通過(guò)圖像傳感器與計(jì)算機(jī)對(duì)周圍世界作出判斷與響應(yīng)的過(guò)程。雙目立體視覺(jué)是計(jì)算機(jī)立體視覺(jué)中，也是應(yīng)用最廣泛的一部分[1]。雙目立體視覺(jué)是通過(guò)兩個(gè)圖像傳感器來(lái)采集來(lái)的圖像信息在計(jì)算機(jī)上通過(guò)相關(guān)算法，最終得到三維信息。由于種非接觸性的測(cè)量，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，，所以測(cè)量[2]、機(jī)器人導(dǎo)航[3-4]、三維重建[5]、安防監(jiān)控[6]等領(lǐng)域中都有著最為：我國(guó)嫦娥三號(hào)立體視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)、探月工程中的火星車、掃地機(jī)器人等。雙目立體視覺(jué)主要步驟如圖 1-1 所示[7],主要有相機(jī)標(biāo)定、左右圖理、立體匹配以及三維重建這五個(gè)步驟。

5圖 2-1 坐標(biāo)系變換示意圖ordinate system transformation schema坐標(biāo)系為現(xiàn)實(shí)坐標(biāo)系，即物體在zz）。坐標(biāo)系為以相機(jī)成像中心為原點(diǎn)標(biāo)系與相機(jī)坐標(biāo)系之間旋轉(zhuǎn)平移TZYXRZYXwwwccc 式中的矩陣 R 和 T 進(jìn)行兩坐標(biāo)
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;TN791

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本文編號(hào)：2697326