基于3D全景视觉的智能三维立体摄像设备的设计

摘要

进入二十一世纪以来，3D技术得到快速发展。传统立体电影制作的摄像设备不仅价格高昂，而且操作过程复杂，导致市场上可供普通消费者选择的立体摄像机种类稀少，大大制约了立体摄像设备的普及。同时，具备360°拍摄范围的全景立体摄像产品更是鲜见。在这个背景下，发展一种新型的具备全视角拍摄和局部高清特写的立体摄像系统符合当前3D技术的发展潮流和市场需求。
　　全方位视觉传感器(Omni-directional vision sensor, ODVS)利用CCD摄像机和双曲面反射镜面组成的成像系统实现360°范围内的全景图像获取，在提高摄像头分辨率后，可以作为一种高清全景摄像设备，具有固定单视点成像、成本低和采集速度快等特点。本文利用ODVS的成像特点，以四个ODVS组建了一种覆盖全方位视角的双目立体摄像系统，实现全景立体图像的获取。同时以全景立体图像的方位和深度信息为基础，实现高清立体特写摄像模块的参数自动调整，以此组建出一套基于3D全景视觉的智能三维立体摄像设备。
　　本文的主要工作和成果如下:
　　1.采用单视点的全景成像技术，根据人类立体视觉的成像原理设计和开发一种全景立体摄像设备。首先设计了一种单视点的全景摄像机，然后利用4个全景摄像机组建全方位的双目立体摄像系统。研究了全景图像展开与立体匹配技术，在提高立体图像质量的同时获取全方位的深度信息。
　　2.依据人类立体成像机制，利用两个高清摄像机设计和实现了一种计算机控制的、参数可调的高清立体拍摄装置，实现具备突出立体效果的3D图像的获取。
　　3.研究全景立体视觉与特写立体视觉之间的空间映射关系，实现一种快速的全景立体视频图像与特写立体视频图像的映射，以达到全景点控的特写立体图像的自动拍摄。同时利用全景立体图像的深度信息，实现拍摄方向、拍摄角度、相机夹角等立体特写装置的参数自动调整。
　　4.完成全景立体拍摄技术与特写立体拍摄技术软硬件接口对接，实现一种全景立体成像技术与特写立体成像技术的完美结合的新型智能化3D拍摄装置。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 立体成像技术研究现状

1．2．2 全景立体成像技术研究现状

1．3 本文主要工作

1．4 论文章节安排

第2章 系统总体设计

2．1 引言

2．2 系统概述

2．3 系统硬件设计

2．3．1 全方位视觉传感器

2．3．2 快球摄像机

2．3．3 视频采集卡

2．4 系统软件设计

2．4．1 系统流程

2．4．2 软件总体架构

2．5 本章小结

第3章 基于双曲面反射镜的全景成像

3．1 引言

3．2 全景摄像机的设计

3．2．1 全景成像模型

3．2．2 反射镜面设计

3．3 全景图像展开算法

3．3．1 前向映射与后向映射

3．3．2 圆环拉伸展开算法

3．3．3 柱状展开算法

3．3．4 透视展开算法

3．4 全景图像展开的实验研究

3．4．1 圆环拉伸展开算法与透视展开算法比较

3．4．2 柱状展开算法的改进研究

3．5 本章小结

第4章 基于ODVS的全景立体成像

4．1 引言

4．2 立体成像技术简介

4．2．1 人眼立体视觉

4．2．2 立体成像技术

4．3 基于ODVS的全景立体摄像设备的设计

4．3．1 全景立体摄像的成像模型

4．3．2 全景立体图像的加工和生成

4．4 全景立体成像实验研究

4．5 本章小结

第5章 基于全景立体视觉的智能三维立体成像

5．1 引言

5．2 立体拍摄技术

5．2．1 视差与立体成像

5．2．2 立体拍摄设备

5．2．3 不适合进行立体拍摄的景物

5．2．4 两台摄像机机距和夹角的控制

5．2．5 立体图像的后期修正

5．3 基于全景立体成像的场景深度获取

5．3．1 立体匹配

5．3．2 从全景立体图像中提取深度信息

5．3．3 实验研究

5．4 三维立体特写设备的设计

5．4．1 典型的立体摄像机类型

5．4．2 Pelco-D协议

5．4．3 自动调整的特写立体摄像机的设计

5．4．4 实验研究

5．5 本章小结

第6章 系统实现

6．1 引言

6．2 硬件配置

6．3 软件实现

6．3．1 开发环境

6．3．2 关键软件模块的实现

6．3．3 程序界面

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果