【摘要】：立體視覺(jué)作為計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一個(gè)重要研究方向,以一個(gè)或多個(gè)相機(jī)從不同空間位置獲取同一三維場(chǎng)景中的多幅二維圖像,通過(guò)立體匹配計(jì)算任意兩幅圖像的像素位置偏差來(lái)獲取該場(chǎng)景的三維信息,以此重建場(chǎng)景中三維物體的外部形狀和空間位置,來(lái)模擬人類(lèi)雙眼感知外界三維環(huán)境的能力。由于立體視覺(jué)在航天航空,工業(yè)生產(chǎn),軍事應(yīng)用和游戲產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景,以及在實(shí)際應(yīng)用中存在的諸多技術(shù)難題,目前立體視覺(jué)依然是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向之一針對(duì)典型三維精確測(cè)量應(yīng)用的特殊需求,論文圍繞立體視覺(jué)應(yīng)用中的相機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定,相機(jī)外參數(shù)標(biāo)定,立體匹配算法、三維精確測(cè)量中的定量誤差分析等重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題,開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究工作。論文的主要工作如下：首先,針對(duì)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的相機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定算法過(guò)于依賴(lài)高精度標(biāo)定設(shè)備而導(dǎo)致標(biāo)定成本高昂的問(wèn)題,我們提出一種不需要高精度標(biāo)定設(shè)備就可以對(duì)相機(jī)內(nèi)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定的標(biāo)定模型及實(shí)現(xiàn)算法。標(biāo)定模型從傳統(tǒng)的相機(jī)標(biāo)定模型出發(fā),逐步考慮相機(jī)畸變因素,平行光管的安裝誤差,相機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝誤差,CCD平面的安裝誤差等并對(duì)標(biāo)定模型進(jìn)行完善。算法的標(biāo)定過(guò)程分兩個(gè)階段,先根據(jù)誤差最小原理解算出相機(jī)參數(shù)的初值,再用非線性?xún)?yōu)化理論得出最終的參數(shù)標(biāo)定結(jié)果。計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果均說(shuō)明我們的相機(jī)標(biāo)定方法有很好的精度和穩(wěn)定性。在多CCD相機(jī)拼接成像系統(tǒng)中的有效應(yīng)用也證明了算法的有效性和實(shí)用價(jià)值。其次,針對(duì)大視場(chǎng)監(jiān)控環(huán)境下僅有少量控制點(diǎn)可用于快速標(biāo)定相機(jī)姿態(tài)的應(yīng)用需求,提出了一種只用一個(gè)控制點(diǎn)來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定兩自由度轉(zhuǎn)臺(tái)相機(jī)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角的新方法。為了適應(yīng)單個(gè)控制點(diǎn)的在線標(biāo)定環(huán)境,我們?cè)陔x線環(huán)境下標(biāo)定兩自由度轉(zhuǎn)臺(tái)相機(jī)內(nèi)參數(shù)和安裝位置,然后在線階段通過(guò)求解相機(jī)模型的二次方程來(lái)標(biāo)定相機(jī)的兩個(gè)姿態(tài)角。所提出的相機(jī)標(biāo)定方法并沒(méi)有迭代優(yōu)化和特征點(diǎn)提取匹配過(guò)程,因而具有更好的時(shí)間效率。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)際數(shù)據(jù)檢驗(yàn),證明了所提出的單點(diǎn)標(biāo)定算法與當(dāng)前主流的復(fù)雜標(biāo)定算法具有相同量級(jí)的精度。然后,在對(duì)點(diǎn)基元匹配算法的分析基礎(chǔ)上,考慮到半全局搜索算法的高效性,提出了一種基于區(qū)塊編碼的半全局立體匹配算法。為了降低匹配算法的復(fù)雜度,我們對(duì)圖像進(jìn)行分塊處理,然后分別對(duì)每個(gè)區(qū)塊進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)編碼和梯度方向編碼,用編碼后的八位信息進(jìn)行匹配。匹配階段采用半全局動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法,從十六個(gè)方向上找到最優(yōu)的匹配點(diǎn),獲得區(qū)塊視差圖。對(duì)視差圖中存在的邊界效應(yīng),我們用雙線性插值計(jì)算區(qū)塊內(nèi)各個(gè)像素點(diǎn)的視差,得到最終的匹配視差圖。最后我們將算法應(yīng)用到公用圖像數(shù)據(jù)庫(kù)上,與主流的匹配算法進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了其精度和效率。最后,針對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中三維測(cè)量的誤差分析難度大,通常難以直觀獲取分析結(jié)果的問(wèn)題,提出了一種基于解析幾何理論的方法來(lái)分析多種傳統(tǒng)誤差源對(duì)三維測(cè)量結(jié)果的影響。由于直接分析各種傳統(tǒng)的誤差來(lái)源非常復(fù)雜,我們通過(guò)旋轉(zhuǎn)變換的方法將所有輸入?yún)?shù)歸納化簡(jiǎn)為五個(gè)。接著使用求交模型中的快速中點(diǎn)法推導(dǎo)出輸入?yún)?shù)和三維測(cè)量結(jié)果之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式,得到帶誤差的三維測(cè)量結(jié)果的期望和方差矩陣。然后將原始參數(shù)代入到模型中進(jìn)行分析,從而完成從輸入?yún)?shù)到三維測(cè)量結(jié)果的整個(gè)誤差傳播過(guò)程。最后通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該誤差分析方法的性能和有效性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41

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本文編號(hào)：2405162