基于计算机视觉的准透视实现机理及其立体匹配算法

摘要

本文以“基于计算机视觉的准透视实现机理及立体匹配算法”为题，旨在研究一种观测效果好、安装携带方便、成本低，可以广泛的应用于特殊场合下的实时场景建模、工业检测、视觉导航等的整合的系统装置，并在该系统实施过程中通过改进部分关键技术环节来提高其工作性能。开发这样一种准透视技术，具有重要的学术价值和实际意义。 全文主要解决两个问题：准透视技术的实现机理以及对关键技术，特别是立体匹配技术的研究。在实现机理上，首先基于广泛应用于摄影学、工程制图学中的透视定义，给定了准透视的定义。根据目前已经成熟应用的各种计算机视觉系统的组成情况，分析了准透视技术实现机理，包括组成部分：图像采集模块、图像预处理模块、摄像机自标定模块、立体匹配模块、三维重建模块，并建立了系统的信号流程图。重点突出了准透视技术的应用前景，特别根据反恐行动的实际情况分析了该系统在其中所起到的作用，可以在有效保护作战人员的情况下获取复杂环境特征，重建场景三维信息。 针对计算机视觉系统实现过程中的关键技术，选取了比较有代表性的立体匹配环节进行了较深入的研究，在充分比较目前主流的三种匹配方法后，选择了基于相位的匹配方法，并采用了基于傅立叶变换的相位相关算法POC(Phase Only Correlation)，该算法具有对噪声容忍度较高，检测结果与照度无关以及受几何失真小等突出优点。为了改善该算法对图像位移以及旋转的敏感性，并有效提高计算精度和缩短计算时间，课题采用了一种改进的RIPOC算法，在RIPOC算法前期加入收缩映射优化算法，使匹配峰值接近于1，匹配计算时间也得到了缩减。课题最后通过MATLAB结合VC++在计算机上模拟了匹配算法的实现过程。实验结果表明，本课题采用的改进的RIPOC算法能有效提高计算精度，缩短计算时间，可以运用于对精度和实时性要求均比较高的准透视技术中。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题的提出及研究意义

1.2课题主要研究内容的国内外研究现状

1.2.1计算机视觉系统的存在问题及未来研究方向

1.2.2立体匹配的主要方法及国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

第二章准透视技术实现机理

2.1引言

2.2准透视技术的实现机理

2.2.1准透视定义

2.2.2准透视技术的组成单元

2.2.3准透视技术的实现过程

2.3准透视技术实现过程中的部分基础原理

2.3.1双成像的基本原理

2.3.2图像空域变换性质分析

2.3.3图像频域变换性质分析

2.3.4矩阵奇异值定义及其分解的计算方法

2.4准透视技术应用展望

2.5本章小结

第三章基于相位的匹配算法在系统中的实现

3.1引言

3.2图像匹配的数学模型

3.3图像变换

3.4相位相关算法的提出

3.4.1互相关算法

3.4.2相位相关算法

3.4.3旋转不变相位相关算法

3.5图像对数极坐标变换

3.6对RIPOC算法的改进

3.7本章小结

第四章准透视技术实现过程中的关键技术

4.1引言

4.2图像预处理技术及应用

4.2.1彩色图和灰度图格式的相互转化

4.2.2图像平滑滤波

4.2.3图像增强技术

4.3摄像机自标定技术

4.3.1 Zhang氏标定法

4.3.2基于正方形模板的摄像机自标定算法

4.4三维重建技术

4.4.1三维重建基本原理

4.4.2三维重建技术牵涉到的工作

4.5本章小结

第五章实验研究

5.1引言

5.2系统总体设计

5.3系统硬件构成

5.3.1光源及镜头

5.3.2 CCD摄像机

5.3.3图像采集卡

5.3.4 PC平台

5.4基于MATLAB的软件平台设计

5.4.1软件环境

5.4.2软件模块及流程

5.5实验内容

5.5.1 POC算法结果

5.5.2 RIPOC算法结果比较

5.5.3改进的RIPOC算法结果比较

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢

评定意见