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基于双目视觉的三维测距与定位

作　者: 李浩
导　师: 常天海; 李胜
学　校: 华南理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 机器人 立体校正 立体匹配 三维重建
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近年来，我国科技水平不断提高，自主研发机器人的能力和技术也有了很大程度地提升。机器人作为衡量一个现代化国家高科技水平的重要标志之一，越来越多地受到政府、科研机构和企业界的重视，越来越多的新技术和新功能正集于机器人一身。目前，研究人员非常热衷于对双目视觉的研究，研发出的很多新型智能机器人都具备这一功能，因为它的原理和人类本身的视觉感知的机理十分相似。显然，基于双目视觉的三维测距与定位研究具有十分重要的意义。本论文拟将研究重点放在利用机器人的双目视觉来实现对三维目标的测距和定位上，因为该技术能够帮助智能机器人实现对目标物体的三维定位，进而实现机器人的导航和手臂抓取等功能。针对该技术需求，本文建立了一套完整的双目立体视觉理论体系，详细论述该双目立体视觉的测距与定位技术。在查阅了大量相关研究资料的基础之上，本文详细论述并利用双目立体视觉测距与定位的技术，进行了双目视觉定位的相关实验，并对实验数据进行了深入地分析和对比。本文具体的研究步骤安排如下：第一步，将所需的各种硬件组成一个双目立体视觉系统的机械平台，安装在机器人平台之上。该系统将要用到的主要硬件有：双目摄像机、图像采集卡、电脑（主机和显示器）、可移动的智能机器人和云台等。第二步，摄像机标定。这一步的主要目的是得到三维空间中目标物体点到摄像机成像平面上的像素点之间的对应关系，即得到相关的一些参数和映射关系。这一步是后面几步的基础。第三步，图像预处理。图像预处理的目的是使双目摄像机采集到的图像具备立体匹配所需要的图像特征。第四步，立体校正。这一步是为了使左右摄像机的光轴平行，成像面处于同一平面上。第五步，立体匹配。立体匹配的目的是找到目标物体在双目摄像机所拍摄的左右两幅图像中的对应点，因为找到对应点是计算视差，提取深度信息的重要前提条件。第六步，深度信息提取。通过这一步，可以得到需要计算的三维目标点到摄像机坐标系的距离信息。第七步，三维重建。这一步是最后一步，得到所要求的三维目标物体在三维空间中的具体位置信息，是实现机器人抓取物体等功能的前提。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 课题背景  11
  1.2 课题研究的意义  11-12
  1.3 国外和国内的相关研究进展  12-13
  1.4 本文研究的主要内容和关键问题  13-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章 双目立体视觉系统的构成  17-22
  2.1 选择合适的机器人视觉方法  17
  2.2 双目立体视觉的主要研究内容  17-18
  2.3 双目立体视觉的测距原理  18-19
  2.4 双目立体视觉系统的硬件组成  19-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 双目立体视觉系统的摄像机标定  22-37
  3.1 摄像机的成像模型  22-24
  3.2 摄像机标定概述  24-25
  3.3 摄像机标定常用坐标系及其变换  25-29
    3.3.1 三个层次的坐标系统  25-26
    3.3.2 各坐标系之间的变换  26-27
    3.3.3 摄像机的镜头畸变  27-29
  3.4 单摄像机标定  29-33
  3.5 立体标定  33-34
  3.6 摄像机标定实验  34-36
  3.7 本章小结  36-37
第四章 特征提取及立体匹配  37-51
  4.1 图像预处理  37-38
  4.2 立体校正  38-42
    4.2.1 非标定立体校正  38-39
    4.2.2 标定立体校正  39-42
  4.3 特征提取  42-44
    4.3.1 基于灰度图像的特征提取方法  42-43
    4.3.2 基于彩色图像的特征提取方法  43-44
  4.4 立体匹配  44-50
    4.4.1 立体匹配的原理及难点  45-47
    4.4.2 匹配基元的选择  47
    4.4.3 匹配准则  47-48
    4.4.4 匹配算法  48
    4.4.5 基于块匹配的立体匹配算法  48-50
    4.4.6 计算匹配代价  50
  4.5 本章小结  50-51
第五章 深度恢复及三维定位  51-57
  5.1 深度恢复  51-52
  5.2 误差分析  52-54
  5.3 定位实验  54-56
  5.4 本章小结  56-57
结论与展望  57-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间取得的研究成果  61-62
致谢  62-63
附件  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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