移动机器人双目视觉的三维重构

摘要

本论文是基于移动机器人双目视觉的三维重构研究。双目立体视觉是从两个角度观察同一个景物，以获取在不同视角下的感知图像，通过成像几何原理计算图像像素之间的位置偏差(视差)来获取景物的三维信息。双目立体视觉技术的实现可分为图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配和三维重建几个部分，按照这一顺序构造了完整的机器人双目立体测量系统。在摄像机参数标定中，在分析几种典型摄像机标定方法的基础上，采用张正友的基于平面标定模板的摄像机标定方法。立体匹配是寻找同一目标点在两幅图像中的成像位置，匹配特征的选取、匹配准则的确定、匹配算法的实现是立体匹配的三个重要步骤。目标定位通过双目视觉模型分析，利用空间几何关系，提出了目标点的三维坐标计算表达式，最后生成可视化深度信息，通过OpenGL恢复出景物的空间信息。利用MATLAB，VC++，OpenGL进行了实验的算法编程及仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2双目视觉的研究现状

1.2.1国外研究动态

1.2.2国内研究动态

1.2.3双目视觉的发展方向

1.3论文的选题依据

1.4论文的结构安排

第2章双目立体视觉系统的标定方法与实现

2.1双目立体视觉原理

2.2摄像机成像模型

2.2.1成像模型的坐标系模型

2.2.2成像关系推导

2.3摄像机标定

2.3.1摄像机标定概述

2.3.2摄像机内外参数

2.4实验方法与结论

2.4.1实验的硬件环境

2.4.2实验的软件环境

2.4.3实验数据处理与结果

2.5本章小结

第3章基于双目的目标定位方法研究

3.1双目视觉模型定位原理

3.1.1平行放置的双目视觉模型

3.1.2非平行放置的双目视觉模型

3.2基本矩阵和本质矩阵的建立

3.2.1基本矩阵和本质矩阵的概念

3.2.2自估计运动

3.3极线几何约束与校正

3.3.1外极线约束

3.3.2极线几何校正

3.4本章小结

第4章双目立体匹配

4.1图像的预处理

4.2图像的特征提取

4.2.1边缘检测

4.3立体匹配

4.3.1对应点的匹配约束

4.3.2基于区域的立体匹配

4.3.3基于特征的立体匹配

4.3.4基于相位的立体匹配

4.3.5基于边缘特征约束的区域立体匹配

4.4实验方法和结论

4.4.1数字图像的基本概念

4.4.2实验结论

4.5本章小结

第5章三维重建

5.1空间特征点重建

5.2深度图表示

5.3基于OpenGL的三维重建

5.4本章小结

第6章机械系统设计与仿真

6.1机器人的机械结构设计

6.1.1机械设计考虑要素

6.1.2设计效果图

6.2动画演示仿真

6.3本章小结

结论

参考文献

致谢