基于立体视觉的三维精确测量方法研究

发布时间:2019-01-09 01:42
【摘要】:立体视觉作为计算机视觉的一个重要研究方向,以一个或多个相机从不同空间位置获取同一三维场景中的多幅二维图像,通过立体匹配计算任意两幅图像的像素位置偏差来获取该场景的三维信息,以此重建场景中三维物体的外部形状和空间位置,来模拟人类双眼感知外界三维环境的能力。由于立体视觉在航天航空,工业生产,军事应用和游戏产业等领域的广泛应用前景,以及在实际应用中存在的诸多技术难题,目前立体视觉依然是计算机视觉领域的热门研究方向之一针对典型三维精确测量应用的特殊需求,论文围绕立体视觉应用中的相机内参数标定,相机外参数标定,立体匹配算法、三维精确测量中的定量误差分析等重点与难点问题,开展了系统深入的研究工作。论文的主要工作如下:首先,针对大多数实验室环境下的相机内参数标定算法过于依赖高精度标定设备而导致标定成本高昂的问题,我们提出一种不需要高精度标定设备就可以对相机内参数进行标定的标定模型及实现算法。标定模型从传统的相机标定模型出发,逐步考虑相机畸变因素,平行光管的安装误差,相机和转台的安装误差,CCD平面的安装误差等并对标定模型进行完善。算法的标定过程分两个阶段,先根据误差最小原理解算出相机参数的初值,再用非线性优化理论得出最终的参数标定结果。计算机模拟和实际数据验证的结果均说明我们的相机标定方法有很好的精度和稳定性。在多CCD相机拼接成像系统中的有效应用也证明了算法的有效性和实用价值。其次,针对大视场监控环境下仅有少量控制点可用于快速标定相机姿态的应用需求,提出了一种只用一个控制点来实时标定两自由度转台相机两个旋转角的新方法。为了适应单个控制点的在线标定环境,我们在离线环境下标定两自由度转台相机内参数和安装位置,然后在线阶段通过求解相机模型的二次方程来标定相机的两个姿态角。所提出的相机标定方法并没有迭代优化和特征点提取匹配过程,因而具有更好的时间效率。通过计算机模拟和实际数据检验,证明了所提出的单点标定算法与当前主流的复杂标定算法具有相同量级的精度。然后,在对点基元匹配算法的分析基础上,考虑到半全局搜索算法的高效性,提出了一种基于区块编码的半全局立体匹配算法。为了降低匹配算法的复杂度,我们对图像进行分块处理,然后分别对每个区块进行直方图统计编码和梯度方向编码,用编码后的八位信息进行匹配。匹配阶段采用半全局动态规划算法,从十六个方向上找到最优的匹配点,获得区块视差图。对视差图中存在的边界效应,我们用双线性插值计算区块内各个像素点的视差,得到最终的匹配视差图。最后我们将算法应用到公用图像数据库上,与主流的匹配算法进行对比,验证了其精度和效率。最后,针对实际应用场景中三维测量的误差分析难度大,通常难以直观获取分析结果的问题,提出了一种基于解析几何理论的方法来分析多种传统误差源对三维测量结果的影响。由于直接分析各种传统的误差来源非常复杂,我们通过旋转变换的方法将所有输入参数归纳化简为五个。接着使用求交模型中的快速中点法推导出输入参数和三维测量结果之间的数学表达式,得到带误差的三维测量结果的期望和方差矩阵。然后将原始参数代入到模型中进行分析,从而完成从输入参数到三维测量结果的整个误差传播过程。最后通过大量实验验证该误差分析方法的性能和有效性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP391.41

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;空间探测机器人立体视觉技术[J];军民两用技术与产品;2002年01期

2 闫龙;;立体视觉技术的发展与应用[J];机电产品开发与创新;2010年04期

3 黄桦;;3D立体视觉探究活动设计[J];赤峰学院学报(自然科学版);2012年10期

4 杨则正;人脸识别中的有效立体视觉[J];管理科学文摘;1997年08期

5 郑士贵;人面孔识别主动立体视觉[J];管理科学文摘;1997年09期

6 郝颖明,朱枫;基于模型的立体视觉的优化方法[J];高技术通讯;2000年10期

7 钱曾波,邱振戈,张永强;计算机立体视觉研究的进展[J];测绘学院学报;2001年04期

8 任重,邵军力;立体视觉中的双目匹配方法研究[J];信息与控制;2001年S1期

9 邹国辉,袁保宗;一种基于虚拟平面的立体视觉的重建方法[J];电子与信息学报;2001年02期

10 张超,沈振康,张淑琴;基于立体视觉的测量技术[J];系统工程与电子技术;2002年09期

相关会议论文 前10条

1 王幼生;詹敏;代秋楠;;立体视觉的研究进展[A];第十二届广东省视光学学术会议专题讲座、论文汇编[C];2009年

2 陆晓奋;;立体视觉技术的现状与发展预测[A];中国图象图形学学会立体图象技术专业委员会学术研讨会论文集(第三期)[C];2009年

3 阎冰;赵占娟;迟洪华;;立体视觉及其影响因素[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年

4 任重;邵军力;;三目立体视觉方法的研究[A];2001年中国智能自动化会议论文集(下册)[C];2001年

5 靳波;葛霁光;;立体视觉深度刺激诱发认知响应数据采集系统[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年

6 吴新年;汪云九;;立体视觉计算模型的惟一性约束[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年

7 李德广;李科杰;高丽丽;;基于多尺度多方向相位匹配的立体视觉方法[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年

8 赵虹;于海滨;刘济林;;立体视觉技术在嵌入式客流统计系统中的应用[A];全国第一届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2006年

9 邱阳;白立芬;李庆祥;徐毓娴;;基于边缘和区域联合匹配的立体视觉新方法[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年

10 胡志萍;欧宗瑛;李云峰;;海上工作平台固定用导管架下水运动参数立体视觉测定[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年

相关重要报纸文章 前10条

1 北京武警总队医院眼科 副主任医师 陶海;立体视觉怎么检查[N];家庭医生报;2006年

2 ;八种立体视觉技术各有千秋[N];中国电子报;2009年

3 本报见习记者 唐闻佳;你有“《阿凡达》眩晕症”吗[N];文汇报;2010年

4 本报记者 杨明;市场潜力巨大 我国3D信息产业亟待需政策扶持[N];中国工业报;2010年

5 武警总医院眼科泪器病中心主任 陶海;5种人不宜看3D电视[N];保健时报;2010年

6 本报记者 徐建华;我国3D产业亟须“健身”[N];中国质量报;2010年

7 程晓宁;街画风行 幻景横生[N];21世纪经济报道;2009年

8 王延文;细微之处保健康[N];中国老年报;2004年

9 武警总医院眼科泪器病中心主任 陶海;看3D电影如何保护好眼睛[N];北京日报;2010年

10 钱 伟;浅色太阳镜对健康更有益[N];大众科技报;2005年

相关博士学位论文 前10条

1 李辉;煤矿井下救灾机器人立体视觉导航关键技术研究[D];中国矿业大学;2015年

2 李卓;基于立体视觉技术的生猪体重估测研究[D];中国农业大学;2016年

3 李蔚;基于立体视觉与LSPIV的河流水动力过程近距遥感测量系统[D];浙江大学;2016年

4 张金凯;介观尺度零件变视场结构光显微立体视觉测量方法研究[D];上海交通大学;2015年

5 韩天奇;面向各类反射表面的光度立体视觉方法研究[D];浙江大学;2016年

6 李云廷;基于立体视觉的三维精确测量方法研究[D];华中科技大学;2016年

7 丁菁汀;立体视觉在实际应用中的若干问题研究[D];浙江大学;2012年

8 林慧英;基于立体视觉的汽车车身与车轴位置偏差检测系统的研究[D];吉林大学;2008年

9 杜歆;用于导航的立体视觉系统[D];浙江大学;2003年

10 侯建;月球车立体视觉与视觉导航方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 丁希斌;一种基于立体视觉的植物病斑定位获取技术研究[D];浙江大学;2015年

2 刘少强;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];天津理工大学;2015年

3 焦英魁;球面立体视觉三维重建技术研究[D];天津理工大学;2015年

4 谢鹏;基于立体视觉的特征跟踪方法研究[D];天津理工大学;2015年

5 周鼎;基于立体视觉的非合作航天器相对状态估计[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 张俊;基于多目立体视觉的真实人脸重建和测量系统的研究[D];电子科技大学;2015年

7 李阳勤;基于DIBR虚拟视角映射的立体视觉调整技术[D];杭州电子科技大学;2015年

8 谢若冰;双目立体成像和显示的FPGA视频处理技术研究[D];北京理工大学;2016年

9 武娜;嵌入式立体视觉子系统的实现与优化[D];吉林大学;2016年

10 于晓婷;基于立体视觉的非合作航天器近距离相对导航[D];南京航空航天大学;2015年



本文编号:2405162


论文下载
论文发表
教材专著
专利申请


    下载步骤:
    1.微信扫码,备注编号 2405162.
    2.
    点击下载


    本文链接:http://www.bigengculture.com/shoufeilunwen/xxkjbs/2405162.html

    ×
    论文发表,推荐期刊