基于立体视觉的运动速度测量系统研究

摘要

本文主要讨论了基于双目立体视觉的运动物体瞬时速度测量系统的设计与初步实现。该测量系统主要由两台黑白CCD摄像机、一台PC机、以及一块内置于PC机中的图像采集卡组成，以实现对有效视场内目标的运动速度的测量功能。 与以往的基于单目视觉的速度测量系统相比，本文提出了用两台摄像机同步采集运动图像的新方案。由于该方案是基于立体视觉的，所以它在处理遮挡问题时明显优于前者，并且能更精确地实现目标的三维定位，从而可以处理运动目标轨迹与图像平面不平行甚至运动速度中含有旋转因子的情况。本系统在图像处理各环节的算法设计上，充分考虑了测量对象的多样性以及实际测量环境的复杂性，通过试验选定相应算法；在特征描述和提取中，提出了使用目标外接矩形以及灰度中心作为特征量进行匹配和定位，在保证定位精度的同时大大减小了运算计算量；在三维坐标计算中，推导了基于摄像机模型的目标点空间坐标恢复公式；对于立体视觉中相对较难解决的立体匹配问题，本文针对特定的测量对象和环境给出了一些约束。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

1.1本课题的研究背景

1.2速度测量的方法综述

1.3国内外立体视觉测量技术的研究动态

1.3.1国内外研究动态

1.3.2今后的研究方向

1.4选题意义和内容安排

第二章序列图像中的运动检测

2.1图像序列中的运动分析

2.1.1运动物体的视觉原理

2.1.2运动分割和目标识别方法

2.2提出假设

2.3图像预处理

2.4运动区域分割

2.4.1背景差分

2.4.2阈值分割

2.4.3后处理

2.5特征提取

2.5.1边界跟踪

2.5.2提取外接矩形

2.6本章小结

第三章目标的3D定位与速度测量

3.1常用坐标系统介绍

3.2摄像机成像模型

3.2.1理想的线性模型

3.2.2带有径向畸变的非线性模型

3.3双摄像机模型

3.3.1立体视觉的结构模型

3.3.2工作原理

3.4 双摄像机参数标定

3.4.1标定方法概述

3.4.2 Heikkila's标定法

3.5特征匹配

3.5.1多目标识别与分类

3.5.2约束条件的引入

3.5.3图像校准

3.5.4立体匹配

3.6空间点三维坐标的恢复

3.6.1关于目标位置的定义

3.6.2共线方程交汇法

3.6.3平行立体视觉中三维坐标的恢复公式

3.7运动速度计算

3.8本章小结

第四章立体视觉速度测量系统设计

4.1硬件构成

4.1.1CCD摄像机

4.1.2采集卡

4.1.3主机

4.2软件设计

4.2.1软件环境和开发工具介绍

4.2.2总体规划

4.2.3系统程序设计的几个关键部分

4.2.4程序执行流程

第五章系统实验结果与讨论

5.1双摄像机标定

5.1.1标定思路

5.1.2内部参数说明

5.1.3标定步骤及结果

5.1.4标定精度分析

5.2速度测量

5.2.1速度测量原理

5.2.2测量环境和测量结果

5.3测量误差原因分析

第六章结论与展望

参考文献