海洋有著豐富的資源,針對(duì)具有巨大挑戰(zhàn)的深海環(huán)境進(jìn)行探測(cè)與開(kāi)發(fā)是現(xiàn)在海洋研究領(lǐng)域的重點(diǎn)工作,雙目立體視覺(jué)作為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的重要組成部分,是機(jī)器人深海探測(cè)的核心組成部分。其中,具有大視場(chǎng)角的魚(yú)眼鏡頭對(duì)于豐富的海洋環(huán)境探索有重要意義,為水下立體視覺(jué)研究帶來(lái)更加豐富的海洋信息。立體匹配是雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的步驟,其匹配結(jié)果直接會(huì)影響空間點(diǎn)三維信息的精確度,從而決定立體視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。本文以水下雙目魚(yú)眼立體視覺(jué)系統(tǒng)為研究對(duì)象,針對(duì)水下魚(yú)眼圖像因雙重畸變和圖像失真而導(dǎo)致匹配精度下降的問(wèn)題,提出了一種基于球面型玻璃防水罩的水下雙目魚(yú)眼成像模型和稠密立體匹配算法,可為水下魚(yú)眼視覺(jué)發(fā)展提供一定的理論指導(dǎo)。本文所選課題內(nèi)容囊括下面幾部分工作:首先,針對(duì)水下平面玻璃罩雙目魚(yú)眼成像系統(tǒng)在進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)時(shí)拍攝效果較差,建立了基于球面玻璃防水罩的水下雙目魚(yú)眼成像模型,并推導(dǎo)出水下魚(yú)眼圖像極曲線;同時(shí),提出一種用以計(jì)算具有不規(guī)則像素的離散球面圖像的梯度算子,利用魚(yú)眼圖像的顏色信息和梯度信息進(jìn)行代價(jià)計(jì)算,在一定程度上保存了圖像的邊緣信息,實(shí)現(xiàn)了水下魚(yú)眼圖像的立體匹配。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所建模型及所推導(dǎo)極... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

參考圖、在普通相機(jī)的雙目視覺(jué)立體匹配中，

視覺(jué)的研究鄰域中，相機(jī)起著非常重要的作用，相機(jī)的成像過(guò)程是將現(xiàn)實(shí)中存在的三維信息轉(zhuǎn)換為平面的二維圖像信息。然而，立體視覺(jué)的處理工作便是相機(jī)拍攝的一個(gè)逆過(guò)程，即將平面的二維圖像信息還原成現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的三維信息。在三維場(chǎng)景信息的獲取過(guò)程中，立體匹匹配作為三維重建的前序過(guò)程，是一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)。在雙目立體匹配中，通過(guò)雙目相機(jī)獲取的左右兩張圖片分別為參考圖（ReferenceImage）和目標(biāo)圖（TargetImage），針對(duì)所獲得的一對(duì)圖片利用相似度度量函數(shù)衡量?jī)上袼攸c(diǎn)間的相關(guān)性，可以獲得圖片的稠密視差圖[49]，如下圖2-1所示。圖2-1參考圖、目標(biāo)圖和視差圖在普通相機(jī)的雙目視覺(jué)立體匹配中，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究較為成熟，也取得了不錯(cuò)的成績(jī)。但是，就魚(yú)眼圖像的立體匹配研究工作來(lái)說(shuō)，起步相對(duì)較晚，然而針對(duì)水下魚(yú)眼圖像的立體匹配研究則更是微乎其微，即沒(méi)有形成完整的理論體系。廣角的魚(yú)眼鏡頭有著不同于其他普通相機(jī)的投影原理，同時(shí)，由于超廣角的魚(yú)眼相機(jī)本身存在著很大畸變，使得獲取的圖片發(fā)生嚴(yán)重的變形，導(dǎo)致常規(guī)圖像的匹配算法已經(jīng)不再適用于魚(yú)眼圖像。雖然這兩種成像系統(tǒng)存在著一定差異，但其核心理論依據(jù)有著相似之處，所以可以將普通常規(guī)圖像的一些方法可以引薦到水下魚(yú)眼圖像上來(lái)。那么，如果要對(duì)水下雙目魚(yú)眼成像系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)研究，則需要對(duì)常規(guī)圖像相關(guān)理論進(jìn)行簡(jiǎn)單論述和總結(jié)。在本章中，以雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)為模型，對(duì)立體視覺(jué)相關(guān)理論進(jìn)行介紹。首先詳細(xì)闡述了魚(yú)眼相機(jī)與常規(guī)相機(jī)投影原理的不同之處；其次，對(duì)極線幾何、視差理

第2章雙目視覺(jué)立體匹配理論基礎(chǔ)-13-圖2-2攝像機(jī)投影成像模型在圖2-2小孔成像模型中，空間中任意一點(diǎn)P與光心cO所在的射線cPO和成像面的交點(diǎn)即為像點(diǎn)（或物點(diǎn)），但是不僅點(diǎn)P會(huì)在成像平面上得到像點(diǎn)px,y，直線cPO上的任意一點(diǎn)與光心cO的連線都會(huì)與成像平面交于同一像點(diǎn)px,y，例如圖中所示的M點(diǎn)和N點(diǎn)，這是一種多對(duì)一的復(fù)雜關(guān)系。因此，僅僅依靠單幅圖像的唯一像素點(diǎn)信息無(wú)法得到真實(shí)空間點(diǎn)的深度位置信息，只能得到一系列諸如P、M、N點(diǎn)的多解信息點(diǎn)，則必須借助多角度2D信息來(lái)確定像點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景三維信息[51]。(2)魚(yú)眼相機(jī)成像模型對(duì)于大視角的鏡頭，是通過(guò)模擬魚(yú)類(lèi)從水中仰視水面的物體形成的視覺(jué)成像效果，在一定程度上打破了傳統(tǒng)相機(jī)90限制范圍的拍攝角度，能夠獲得視場(chǎng)角達(dá)180甚至更大角度的全景圖像，但是大視場(chǎng)角的獲得是以犧牲圖像大程度畸變?yōu)榍疤岬�。然而，魚(yú)眼圖像雖然存在一定變形，但是空間點(diǎn)與像點(diǎn)之間的映射關(guān)系是明確的，并且圖像質(zhì)量在允許范圍內(nèi)是保持不變的，這些優(yōu)點(diǎn)給予了魚(yú)眼鏡頭科學(xué)研究的可行性更好理論保障。如下圖2-3所示為魚(yú)眼鏡頭成像過(guò)程，通常選用非線性近似投影模型來(lái)描述其成像過(guò)程，例如：等立體角投影、正交投影和體式投影模型等[25]。首先，空間內(nèi)任意一點(diǎn)Q線性的投影到魚(yú)眼鏡頭表面一點(diǎn)P，接著該點(diǎn)P經(jīng)過(guò)相機(jī)光心cO按照近似投影模型非線性的投影到成像平面p點(diǎn)而獲得魚(yú)眼圖像。在實(shí)際的相機(jī)應(yīng)用中，空間點(diǎn)Q通過(guò)近似投影模型所得到的像點(diǎn)p為理想投影點(diǎn)，但由于魚(yú)眼


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