基于双目立体视觉的距离测量.doc

-----------------------Page1-----------------------基于双目立体视觉的距离测量摘要立体视觉技术是机器人技术研究中最为活跃的一个分支，是智能机器人的重要标志。双目立体视觉是通过对同一目标的两幅图像提取、识别、匹配和解释，重建三维环境信息的过程。主要包括：视频捕获、摄像机定标、图像预处理和特征提取、立体匹配以及三维重建。通过对双目立体视觉技术的进一步研究，对多目视觉具有重要的启发，为解决智能移动机器人、工业装配机器人、家用机器人、公共服务机器人的视觉问题奠定良好的技术基础。计算机立体视觉的主要研究内容是由多幅二维的平面图像恢复出被摄物体的三维坐标，而其中基于两幅图像的双目视觉技术则是一个研究热点。双目立体视觉的基本原理是模仿人眼与人类视觉的立体感知过程，从两个视点观察同一景物，以获取不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差，以获取景物的三维信息。一个完整的双目视觉系统通常可分为图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配、目标定位和深度图生成等六大部分。本论文主要是图像特征提取、立体匹配这两方面的内容展开研究。首先根据选择的立体视觉成像系统模型阐述了立体视觉测距的基本原理。其次，对图像特征提取等预处理方法进行详尽地分析，通过实例对算法进行实验。同时，对图像匹配问题涉及的内容包括图像匹配方式、质量控制策略等进行了总结。最后，以特征提取与图像匹配研究为基础，针对不同类型的立体图像提出了基于图像边缘特征和图像兴趣点的匹配方法。关键词：立体视觉摄像机定标特征提取立体匹配深度图-----------------------Page4-----------------------长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《基于双目立体视觉的距离测量》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：整垄三!显年—王月—丝日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：垒垄丝2旺月鱼日-----------------------Page5-----------------------第一章绪论§1．1引言视觉是人类观察世界、认知世界的重要功能手段，人类感知外部世界主要通过视觉、触觉、听觉和嗅觉等感觉器官，其中80％的信息是由视觉获取的，机器视觉是人类利用计算机实现人的视觉功能一对客观世界三维场景的感知、识别和理解，机器视觉是一个相当新而且发展迅速的研究领域，机器视觉技术正广泛地应用于各个方面，许多人类无法感知的场合，如危险场景感知等，机器视觉更突显其优越性。机器视觉属于影像的重构技术，具有非接触性测量、实施简易的特点，具有广阔的应用前景，是有待于进一步开发的领域。计算机视觉被认为是计算机科学和人工智能的一个分支，计算机视觉就是用机器代替人的眼睛和大脑，对客观世界进行感知和解释的技术。该系统的首要目标是使计算机具有通过一幅或者多幅二维图像认知周围的三维环境信息的能力。这种能力不仅可以使计算机能够感知三维环境中物体的几何信息，并且能够对它们进行描述、存储并使用图像来创建和恢复现实世界模型，从而达到认知现实世界的目的。因此，自从计算机视觉这门科学出现以来就成为计算机科学的重要研究领域之一并且发展十分迅速。现实世界中的物体都是三维的，人眼所获得的景物图像却是二维的，但是人类的视觉系统能够很容易地从二维图像中感知三维世界，获得三维世界的信息。机器人视觉的研究目标就是使机器人具有通过一幅或多幅图像认知周围环境信息的能力。这种能力不仅使机器人能感知环境中物体的几何信息，如其形状、位置、姿态、运动等，而且能对它们进行描述、存储、识别与理解。机器人视觉系统的基本结构如图1．1所刁隋。图像低层处理位置与形状物体描述图1．1机器人视觉系统基本结构-----------------------Page6-----------------------§1．2国内外研究现状、发展趋势§1．2．1国内外研究现状立体视觉的开创性工作是从60年代中期开始的。70年代末，Marr创立的视觉计算理论对立体视觉的发展产生了巨大影响，现已形成了从图像获取到最终的景物可视表面重建的完整体系，