基于双焦成像的深度测量

• 作 者: 郑丹
• 机 构: 南京大学
• 出 处: 南京大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 单目立体视觉 双焦成像 特征点提取 亚像素匹配 中心点估计 超分辨率重建 深度测量

立体视觉技术中的深度测量在三维场景恢复、三维重建中发挥了重要作用。目前，随着测量技术的发展，深度测量可大量应用在无损检测、预知维护、机器人导航、医学分析、虚拟现实、军事探测等方面。本文对常用测距方法进行了分类介绍，分析摄影测量技术的优点和精度。　　
摄影深度测量以机器视觉为基础，包括双目视觉与单目视觉两种技术。双目测量技术被称为三角测量法，在大地测量等方面运用广泛。与双目深度测量方法相比，单目测量具有单一观测点、测量系统体积小、实时性强等优点。双焦成像属于单目立体视觉，本文对基于双焦成像的深度测量技术进行了详尽阐述，主要研究了系统参数、特征点提取、像素级匹配，亚像素级匹配，中心点估计，3d-max建模等关键技术，并利用软件实现了深度计算。在提高深度分辨率方面，本文提出了测量方案改进，以及超分辨率重建思想，以解决双焦深度测量视场中心分辨率低的问题。　　
本文首先对双焦成像算法进行了分析，论证了其适用范围，讨论了该方法的重点和难点。然后着重介绍了特征点提取、像点匹配，深度计算以及如何利用摄像机阵列规避中心点的问题。为了获得理想的高精度实验图像，本文采用了3ds-max建立模型，模拟双焦成像系统拍摄实验图像，验证大物距下双焦测量深度算法，提高了图像深度恢复的准确度。本文针对系统参数分析，获得较为合适的深度测量观测条件，即拍摄高度800m，长焦镜头焦距200mm，观测角度40°，透镜间距2m。经实验验证，基于双焦成像的大物距深度测量精度可优于0.5％，并且可通过增大镜头焦距、透镜间距，提高像点匹配精度实现更高深度分辨率。