基于鱼眼镜头的全方位视觉及全景立体球视觉研究

摘要

全方位视觉系统可一次拍摄获取水平方向360场景的全部图像信息，然而基于光的反射原理，它在垂直方向视场有限；全景视觉系统无须视觉机械回转或扫描即可将全部视场内的景物一眼看遍，但将三维信息投影至二维图像，损失一维景深信息；立体视觉系统根据视差原理来计算景物的深度，由于大多采用常规镜头构建，其立体信息重叠范围极其有限。论文通过对基于鱼眼镜头的全方位视觉及全景立体球视觉研究，探索全方位视觉测量新方法以及新型的机器视觉方案。研究内容主要包括：
　　1.鱼眼镜头视觉系统基础理论研究。采用鱼眼镜头建立全方位视觉系统，获得360×180的视场范围。建立鱼眼镜头全方位视觉系统几何模型，开展系统参数标定方法、鱼眼图像畸变矫正算法等基础理论研究。
　　2.鱼眼镜头视觉系统应用的关键技术研究。开展基于鱼眼图像的多机动目标识别、跟踪、定位等鱼眼镜头视觉系统应用的关键技术研究。将理论研究成果应用至移动机器人视觉自主导航和视频监控领域，实现了不同机器人平台的室内、室外自主导航和监控空间内的全局目标监测。
　　3.全景立体球视觉在全方位视觉研究取得成果的基础上，进一步发展全景视觉与立体视觉理论，揭示全景视觉与立体视觉是可以有机结合、优势互补的客观规律，最终提出一项新的机器视觉方案－“全景立体球视觉”。构建全景立体球视觉理论体系将其抽象为“球视觉”模型，建立几何及数学模型；搭建全景立体球视觉仿真系统，在立体标定空间内实现对“球视觉”内、外部参数的标定。
　　4.嵌入式全方位视觉系统平台及全景立体球视觉图像处理器硬件设计。依托嵌入式技术研发嵌入式全方位视觉系统平台，开展理论研究成果的嵌入式系统程序移植工作，实现了小型化、模块化、集成化的设计理念。在此基础上提出全景立体球视觉系统的基于四组成像芯片+FPGA+DSP硬件架构的集图像采集、处理、分析于一体的嵌入式图像处理器设计及功能模块分工方案。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 机器视觉概述

1.3鱼眼镜头概述

1.4嵌入式技术发展现状

1.5课题研究的意义

1.6 课题研究的来源及章节安排

第二章 鱼眼镜头视觉系统理论研究

2.1全方位视觉

2.2鱼眼镜头视觉系统几何模型

2.3常规镜头视觉系统参数标定方法概述

2.4基于物理参数分离思想的鱼眼镜头视觉系统参数标定方法

2.5鱼眼图像畸变矫正研究

2.6本章总结

第三章 鱼眼镜头视觉系统应用的关键技术研究

3.1目标识别

3.2目标跟踪

3.3基于鱼眼镜头视觉系统的目标定位方法

3.4本章总结

第四章 全景立体球视觉

4.1鱼眼镜头与全景视觉

4.2鱼眼镜头与立体视觉

4.3全向立体视觉与全景立体球视觉

4.4基于组合式鱼眼镜头的新型机器视觉系统—全景立体球视觉

4.5全景立体球视觉理论体系建立

4.6全景立体球视觉几何及数学模型

4.7全景立体球视觉系统仿真平台搭建

4.8全景立体球视觉系统内、外部参数标定

4.9本章总结

第五章 基于鱼眼镜头和嵌入式技术的全方位视觉系统的应用

5.1嵌入式全方位视觉系统平台

5.2多目标跟踪在嵌入式全方位视觉系统平台实现与分析

5.3移动机器人自主导航在嵌入式全方位视觉系统平台实现与分析

5.4全景立体球视觉图像处理器整体设计

5.5全景立体球视觉的图像采集模块研发

5.6本章总结

第六章 工作总结与展望

6.1工作总结

6.2创新点

6.3工作展望

参考文献

攻读博士学位期间所取得成果和参加科研情况说明

致谢