發(fā)布時(shí)間：2020-03-28 04:06

【摘要】：隨著人工智能技術(shù)熱度的日益攀升,深度視覺(jué)已掀起了視覺(jué)革命的浪潮,并必將成為機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的核心內(nèi)容。由于深度相機(jī)具有能夠獲取實(shí)時(shí)深度信息,不受光照影響,體積小等諸多優(yōu)點(diǎn),使其逐漸成為制造生產(chǎn)與科學(xué)研究過(guò)程中不可或缺的硬件條件,但實(shí)現(xiàn)這一切的關(guān)鍵前提條件是深度相機(jī)能夠完成精確,快速地標(biāo)定。本文基于相機(jī)深度測(cè)量原理和自標(biāo)定技術(shù),提出兩種操作方便簡(jiǎn)潔,結(jié)果精確可靠的深度相機(jī)自動(dòng)標(biāo)定方法。首先,基于課題研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析了傳統(tǒng)標(biāo)定方法存在的不足,闡明了深度相機(jī)標(biāo)定的研究意義;同時(shí)介紹了與相機(jī)標(biāo)定技術(shù)相關(guān)的重要幾何原理,為后續(xù)研究工作做出了鋪墊。然后,結(jié)合經(jīng)典標(biāo)定理論基礎(chǔ),提出一種利用三維特征點(diǎn)與深度圖中像素點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立深度相機(jī)的數(shù)學(xué)模型以求解相機(jī)內(nèi)外參數(shù)初始值,并通過(guò)優(yōu)化得到相機(jī)參數(shù)最優(yōu)值的深度相機(jī)自動(dòng)標(biāo)定方法。其次,針對(duì)基于三維特征點(diǎn)標(biāo)定方法實(shí)時(shí)性差和其普通非線性優(yōu)化方法全局搜索能力差等缺點(diǎn),提出一種改進(jìn)的基于求解單應(yīng)矩陣的深度相機(jī)自標(biāo)定算法。通過(guò)建立深度相機(jī)畸變模型求出畸變參數(shù),結(jié)合免疫克隆選擇優(yōu)化算法確定深度相機(jī)最優(yōu)內(nèi)外參數(shù)。最后,搭建視覺(jué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用微軟Kinect V2的深度相機(jī)獲取深度場(chǎng)景圖,利用Python語(yǔ)言編寫標(biāo)定程序進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn),并進(jìn)行了經(jīng)典標(biāo)定法的對(duì)比試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與分析,證明本文所提標(biāo)定算法的精確性與實(shí)用性。
【圖文】：

圖 1-1 3D 視覺(jué)完成物料分揀、檢測(cè)3D 深度相機(jī)與傳統(tǒng)的 2D 相機(jī)不同之處在于，普通 2D 相機(jī)只能獲得場(chǎng)景的 RGB 影像或者灰度級(jí)影像，而 3D 深度相機(jī)除了能得到場(chǎng)景的灰階影像還得灰度影像的的深度距離信息，這就使得圖片在計(jì)算機(jī) 看 來(lái)是一張立體不再是平面圖。3D 深度相機(jī)早已出現(xiàn)在許多消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品中，例如微軟 XBOX游戲機(jī)中用到的 Kinect、英特爾視覺(jué)識(shí)別的 RealSense 等，如圖 1-2 所示，制造、視覺(jué)識(shí)別、虛擬輔助等諸多領(lǐng)域也都離不開 3D 深度相機(jī)。然而，現(xiàn)業(yè)級(jí)深度相機(jī)一般精度不高，但相信科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，如同以前的黑白相機(jī)到高分辨彩色相機(jī)，3D 深度相機(jī)也會(huì)會(huì)變得愈加成熟。

透視投影是一種通過(guò)將投影面置于投影中心與投影對(duì)象之間的中心投影方式，基本的透視投影模型如圖2-1 所示，透視投影的像平面位于視點(diǎn)和場(chǎng)景物之間，可將其理解為從物體反射回來(lái)的光線通過(guò)一小孔最終在小孔后方的投影面形成物像，最后將投影面等距到小孔與場(chǎng)景物之間。通過(guò)此描述，透視投影原理就和人的視覺(jué)系統(tǒng)原理相似，使得得到的圖像更富有立體感和真實(shí)感。圖 2-1 透視投影的基本在實(shí)際成像情況下，成像平面 P 不可能做到無(wú)限大，在攝像機(jī)系統(tǒng)中，成像平面被設(shè)置為一定大小的矩形平面（也有正方形或其他形狀），此時(shí)視點(diǎn) E 的可視范圍就被限制成一個(gè)矩形，在圖像平面的像就是人為指定場(chǎng)景在 P 上所成的像，就如同人眼透過(guò)窗戶看外部的世界一樣，如圖 2-2 所示。此時(shí)，假若視點(diǎn) E 能看到 無(wú)窮遠(yuǎn) ，可視范圍仍然可被看作為一個(gè)無(wú)限區(qū)域，且沿視點(diǎn)相反的無(wú)窮遠(yuǎn)方向發(fā)散。而實(shí)際應(yīng)用中不可能看到無(wú)窮遠(yuǎn)之外的物體，所往往取一定距離的可視區(qū)域（通常為場(chǎng)景到成像平面之間的距離）來(lái)描述視點(diǎn)范圍，通常將可視區(qū)域稱為視椎體，，如圖 2-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;TP18

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本文編號(hào)：2603900