基于双目立体视觉技术的曲面重构.pdf

62福建电脑2010年第2期

基于双目立体视觉技术的曲面重构

郭陆峰．徐志保
(福建电力职业技术学院福建泉州362000)

【摘要】：以电风扇扇叶立体图像对为基础，辅以双目立体视觉的数据测量方法和曲面重构技术，重建扇叶曲面模型。
根据图像对与双目CCD之间的相互关系建立一个成像模型，得到扇叶表面特征点的三维坐标，利用Pr0／E建立扇叶的曲面
模型。实验证明，这一方法具有精度高和速度快等特点，能有效地实现速度和逼真度的兼顾，特别是对于大曲率的三雏建模
更能显示其优越性。
【关键词】：立体视觉；摄像机标定；曲面重构

0引言2、双目立体视觉测量系统
三维测量数据的获取是基于数据的曲面重构的前提．数据2．1测量原理及系统组成
获取的准确性直接关系着三维造型中曲面重构的精度。物体的双目视觉一般采用的方法是两个摄像机从不同角度同时获
三维轮重构技术主要包括接触式和非接触式两大类接触式测取目标物体及其周同景物的两幅数字图像．或者用单摄像机在
量方法包括手动测量和三坐标测量中的接触式测量．王坐标测不同时刻从不同角度获取周固景物的两幅数字罔像．基于视差
量机获取数据。再利用逆向工程软件对数据进行处理．重构其原原理．在己知两摄像机之问的位置关系的基础上．恢复出目标物
型的三维数字化模型然而．该方法由于散乱的数据量大．处理体的三维空间信息．并进一步重建目标物体的三维形状与空问
速度慢。在非接触测量中．基于计算机视觉的三维重构技术已经位置。
成为目前研究的热点112131采用计算机视觉方法进行物体的三维本文的双目视觉系统主要南CCD摄像机和光学镜头、摄像
重构．是指用数字摄像机作为图像传感器，综合运用图象处理、机定位架、图像采集卡、计算机、检测软件五部分组成。
视觉计算等技术进行非接触三维测量．用计算机程序自动获取2_2双目立体视觉系统的标定
物体的三维信息。该方法效率高，成本低．是三维建模的一个重双目立体视觉系统的标定是建立在被测对象表面点的二维
要的发展方向本文采用南两台CCD相机组成的双日立体视觉投影图像坐标与三维世界坐标之间的桥梁．是实现自由曲面三抛
测量系统．以电风扇的崩叶为例．阑述了基于双目立体视觉技术维重构的基础．其实质是获得双目摄像机内部几何和光学特性
的曲面重构的实现过程即内部参数．以及双目摄像机在世界坐标系中的相对位置和方
1、技术路线向．即外部参数建立准确实用的数学模型．得到三维世界坐标
首先对建立的双目立体视觉技术进行现场标定．通过一个与二维图像坐标之间的关系．可以快速计算双目摄像机的内外
精度高加工的立方块．其表面具有标志点．各点问的相对三维坐部参数的精确值关于摄像机标定的理论与方法早已成为机器
标是已知的．利用透视投影和再投影误差最小化原则标定系统：视觉领域的研究热点。对在文献]标定算法进行改进，本文采用
然后．保持两CCD问的相对位置不变．在视场内放置被测的扇带有标志点的三维标定物．在透视投影变换算法的基础上．引入
叶模型．通过计算机控制系统摄取图像对并保存：在MATLAB7．非线性畸变因素．首先利用最小二乘法求出线性模型下透视投
1中对所获取的图像对进行预处理．提取特征数据并保存．通过影矩阵．再利用该投影矩阵对空间点进行重建，由重建误差最小
极线校正算法校正两幅图像：再利用透视投影关系计算特征点化原则确定非线性畸变参数．由非线性畸变参数建立畸变模型．
的空间三维坐标．并保存：最后在逆向工程软件中导人扇叶表面再由透视投影关系求出该畸变模型的投影矩阵．并分解内外参脚
特征点的空间三维坐标．重构其曲面模型。具体技术实现如图l数．最后利用再投影误差最小化准则．对内外参数进行非线性优
所示：化『5]。该方法可同时标定出双目视觉系统的结构参数，实现现场
标定．为后续几何模型三维数据的快速测量提供了前提保证。标
卜⋯一]⋯⋯一；定结果显示两个摄像机的透视投影矩阵分别为：

-646．663994656l00．084133784．235
厂⋯l基兰于特兰{塾=芷篓点的篓三曼[f一《L基!塑于里Pr。厄iM。=l-292．330．185．4I71082．06483338．999

～j
l0．5670．7700．545325．876

图1技术路线图

PIzlZ2
内、外参数如表1所示
＼左摄像机右摄像机
R_o7670635．0098]‘4"1579081100801

一0383-o3290863l-0403-0_37108371
05160．6990495I070804520．542l

p|＼＼：105286．988296171]。-9．797·10950265987]"

f蛳．I’，)(374299．2．32．001)r372453．288l86)
(a，d)(015．255，1006129)(1089．974，