双目结构光视觉系统及三维重建方法实现

摘要

随着计算机技术的不断发展，作为机器视觉的一个分支，双目立体视觉在近年来受到越来越多学者的关注。双目视觉成像技术是一种通过两台经过标定后的工业摄像机从不同角度拍摄空间场景图片，将获取的左右相机二维图进行特殊点匹配，再利用三大坐标系间的数学对应关系，获取场景的三维信息的实现过程。双目视觉技术不仅有很大的学术价值，在工业检测、质量控制、自动化检查、医学诊断、城市安防等行业都有其广泛应用。本文在双目视觉的基础上加入结构光，增加被重建物体表面的特征点，根据结构光的高精度、高效率等特点，进行高精度的三维重建。本文的主要工作和成果如下：
　　（1）设计了一个高分辨率彩色竖直条纹光模版。由RGB像素值差别较大的五种颜色周期性组成。
　　（2）提出了一种融合梯度边缘和小波边缘的方法，提升边缘检测性能。利用梯度对颜色的敏感性，分别在三通道中求出梯度的精度图，再利用最大值法将梯度边缘进行融合处理，得到较全面的边缘图。利用小波模极大值的边缘检测法具有良好的局部化，可以捕捉图像瞬时反常现象等特性，对拍摄的图片进行小波边缘提取，融合梯度边缘进行边缘断点连接及伪边缘处理，最终得到精度较高的边缘图。
　　（3）提出了基于本文周期性彩色竖条纹光模版的匹配方法。针对可能会有周期错位匹配的情况，本文利用白色条纹在拍摄后颜色畸变不大的特性，用白色作为划分条纹周期的因子。利用所提边缘检测方法找到条纹中线，接着找到条纹中心，用自适应窗口匹配的思想，将窗口中心设置在相邻两条纹的边界线。从而避免不同区域条纹形变产生窗口错位的情况，再用两种因素来提高自适应权值性能，首先加入颜色空间因素，将计算空间由CIELab颜色空间变为 RGB颜色空间。其次，将图像梯度列入匹配基元，最大程度利用结构光对颜色的敏感度。最后进行噪点去除和视差优化，得到较精确的视差值。最后利用三角法和几何标定的相机内外参数得到精确的三维坐标。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 三维视觉技术的研究目的及意义

1.3 三维视觉研究现状

1.4 本文研究内容

1.5 本文组织结构

第2章 双目编码结构光系统理论

2.1 引言

2.2 双目结构光系统构成

2.3 系统搭建设备

2.4 三维重建流程

2.5 三维重建系统理论

2.6 本章小节

第3章 光模版设计及边缘检测算法研究

3.1 引言

3.2 光模板设计

3.3 边缘检测算法简述

3.4 传统边缘检测算法

3.5 利用梯度边缘与小波边缘融合的边缘检测算法

3.6 实验结果及分析

3.7 本章小节

第4章 基于结构光双目视觉立体匹配研究

4.1 引言

4.2 立体匹配概述

4.3 立体匹配的约束条件及匹配准则

4.4 双目匹配常用方法

4.5 基于梯度匹配代价的编码结构光立体匹配

4.6 视差优化

4.7 本章小节

第5章 三维重建实验及系统模块的实现

5.1 引言

5.2 相机标定及图像校正实现

5.3 双目视觉三维重建系统设计

5.4 双目结构光视觉三维重建系统设计

5.5 本章小节

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢