基于双目立体视觉的三维重建

• 作 者: 吴月路
• 出 处: 南京信息工程大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 机器视觉 图像获取及预处理 特征点提取 摄像机标定 立体匹配 三维重建

近年来,人工智能、智能驾驶、机器人、无人机航拍、虚拟现实、增强现实等领域大步跨入新的研究热潮。基于双目视觉的研究是机器视觉领域重要的一个分支,对于促进智能辅助驾驶、机器人路径规划导航、无人机航拍等领域快速发展有着举足轻重的地位。因此,双目三维感知重建技术研究有着重要的现实意义。基于Marr视觉发展理论,论文围绕双目三维重建技术展开研究。主要研究内容包括下面几项。(1)研究了双目视觉系统,基于平行式视觉模型,对摄像机的选型、摄像头的选型、棋盘格等内容作了研究,最终搭建好双目视觉实验平台。(2)图像预处理获得高质量图像。介绍几种经典的去噪算法对图像进行去噪处理,进一步对图像做锐化增强处理,以抵消因去噪带来的平滑模糊影响。(3)特征点检测是机器视觉研究重要环节,介绍常见的、效果较好的特征点检测算法的基础上,分析各算法的优缺点,提出了一种多尺度的Harris角点提取算法。(4)介绍了四种坐标系之间的转换关系,分析了常用的模型,介绍几类标定算法,分析各自应用场合及优缺点,并在非线性模型的研究及张氏标定算法的研究基础上,提出了一种基于二阶混合模型的三步标定法。(5)双目视觉三维重构系统中,最困难一环便是立体匹配。立体匹配核心思想就是寻求同一场景点在不同图像的投影点间的对应关系。首先对匹配基元、约束准则、匹配相似度测定等知识进行分析。介绍常用的匹配方法,并分析各种算法的优劣。基于此,提出了一种代价可变的S-census变换算法。(6)介绍了三维重建的基本原理、重建的实现流程。本文最后在搭建好的双目视觉实验系统平台的基础上,通过实验对实际场景进行了较好的重建。