主动式三维立体全景视觉传感技术的研究

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在视频图像信息获取方面,视频信号源质量一直是计算机视觉的瓶颈问题,理想的计算机视觉信号源的获取装置是能实现景物深度和颜色一一对应的全景视觉传感器。主动式三维立体全景视觉传感技术为解决该问题提供了一种新的途径,然而国内外相关研究还不成熟,许多关键技术有待研究。因此,本课题也是一个有重要意义且富有挑战性的研究课题。实现主动式三维立体全景视觉传感技术的关键在于投射光源颜色的准确识别,从而获得颜色和的景物深度的对应关系。本文在总结前人研究基础上,主要对主动式视觉系统中投射光颜色识别技术做了深入的探索研究。本文工作主要有以下三个方面:1.主动式立体全景视觉获取方法的研究。介绍了一种单视点的全方位视觉传感器和一种单发射点的全景彩色结构光发生器,通过两者的轴心线垂直重叠组合的结构方式,使得目前主动立体视觉从面结构的视觉感知发展成为体结构的视觉感知。2.主动式视觉系统建模的研究。分析了影响物体表面颜色的三个要素(即光源颜色、物体表面反射特性、观察者的光谱敏感度)及它们之间的相互关系;在此基础上,研究了主动式视觉系统的构成并归纳为三个模型:摄像机模型、投影仪模型、物体表面光照模型;进而建立了主动式视觉系统的数学模型,给出描述投射光源颜色与对应成像点颜色关系的数学表达式。3.投射光源颜色识别技术的研究。分析了适用于主动式视觉系统的颜色表征方式。从色度学的角度,实现了一种基于CIE色度图的光源色度估计算法,利用同一场景光照前后的图像分别获得物点在CIE色度图中固有色和混合色的色度坐标,并在两者连线的延长线上寻找光源的色度坐标,实验证明该算法适用于场景中只存在单一颜色的光源和多种物体色的情况;从光度学的角度,提出了一种基于二色反射模型的光源颜色修正算法,首先通过对数码相机和投影设备进行色度标定,以消除两者之间的耦合性差异;接着通过估计物体三颜色通道光谱反射率以及分离镜面反射成分和漫反射成分,修正物体本身颜色和镜面反射对投射光源颜色的影响。实验证明,该算法无需对光源种类和物体材质进行约束,显著提高了投射光颜色识别的准确性和鲁棒性。
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