双目视觉自标定技术的-研究

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1、武汉理r大学硕十学位论文第1章绪论双目视觉模拟人类的视觉功能，使机器通过分析两幅二维图像获取三维空间。在将两幅图像匹配后，通过已获取的空间转换关系计算出图像上匹配特征点的三维坐标，实现从二维到三维的信息还原。而这一空间转换关系是由摄像机成像几何模型所决定的，该几何模型的参数层口为摄像机参数。在重构之前通过实验确定这些摄像机参数的过程即称为摄像机标定。1．1研究背景“眼为精明之府’’，眼睛是人体通向世界的窗口。眼睛是人最重要的感官器官，它能感受光波的刺激，产生视觉。物体发出的光或者物体的反射光进入人的眼睛后，先经

2、过人的角膜、再经过眼球的晶状体折射而达到视网膜上，在视网膜上成一个物体的像，这个像再经过视觉神经系统传输到人的大脑中的视觉区域，从而在视觉区域形成物体的像，由大脑对这些信号分析和处理后。使人对的大脑物体有了“印象"，这就是人眼看到了物体。在获取外界信息的过程中，大脑中大约有80％的知识的记忆都是通过眼睛来获取的。通过眼睛我们能获取外界物体的大小，形状，位置，颜色等信息，使我们能形成对物体一个明确的概念。视觉是人类感知外部信息的重要途径⋯。早在80年代初，MIT的马尔(D·Marr)教授就创立了视觉理论妲’。马尔

3、认为视觉是一个信息处理的过程。他指出人和机器视觉的最终目的都是了解一个场景或一个图像的意义，从图像的机构推导出外部世界的结构。随着计算机的技术的发展和工业的进步，机器在工业和人类日常生活中的应用越来越多。为了让机器更好的响应人类的命令，执行任务，那么必须让机器充分获取外界信息，代替人眼做测量和判断。如何让机器获取与人类类似的视觉感知功能引起了越来越多的学者的关注，为了实现这一目标产生了机器视觉技术。，，机器视觉研究的目的是为了让机器通在感知的图像基础上对真实的物体和场景做出有用的判断。川朝武汉理I：大学硕十学位

4、论文机器视觉的本质即为信息的映射，如何将输入信息映射为要求形式的输出，在不同形式的信息间建立对应关系。图像摄取装置能模拟人眼的成像原理获取三维世界的二维信息，然而在现实生活应用中都需要三维信息，需要机器感知物体深度、厚度、位置能信息。例如使用视觉检测技术检测工件表面的完整性，各种模具三维形状，路面平整度等，这些都要监控系统能模仿人眼感知三维世界信息，即需要计算机能根据二维图像重构出三维世界。目前的重构技术有单目重构，双目重构，多目重构技术，他们分别根据物体的单幅图像，不同角度的两幅图像，多幅图像重构出物体。我们

5、可以发现，几乎所有具有视觉的生物都具有两只眼睛。这是因为双眼视物时，两只眼有一定距离，即存在视差，这样当人观察景物时可以感知物体的厚度以及空间的深度或距离。当我们用两只眼睛看物体时，物体正处于两只眼睛的焦点上，在两只眼睛上各形成了一个完整的物象。这两个物象是对同一物体的不同角度的观察结果，而它们之间的差别就包含了物体的位置信息。大脑根据这些信息就可以直接知道物体的远近位置，与周围物体间的距离、深度、凹凸等等，加上大脑的经验，从而在我们脑海里形成三维信息。双目视觉精度相对于单目视觉要高，而效率比多目的要高。目前在

6、机器视觉里发展比较成熟的也是双目视觉。即通过两个摄像机从不同角度拍摄同～物体，根据两幅图像重构出物体。双目视觉技术首先根据已知信息计算出世界坐标系和图像坐标系的转换关系，即世界坐标和图像坐标的透视投影矩阵，点匹配将两幅图像上对应空间同一点的像点匹配起来，建立对应点的世界坐标和图像坐标的转换关系方程，通过求解方程的最d,-乘解获取空间点的世界坐标，实现重构。在两幅图像上的点已经匹配好的情况下，重构的关键问题为找出世界坐标系和图像坐标系之间的转换关系，透视投影矩阵。透视投影矩阵中包含了图像坐标系和相机坐标系的转换关

7、系，即相机的内参，主要为相机在两坐标轴上面的焦距和相机的倾斜角度，以及相机坐标系和世界坐标系的转换关系，即相机的外参，主要为相机坐标系和世界坐标系的旋转、平移量。因此透视投影矩阵可以通过计算相机的参数来获得，这一过程称为相机标定。2武汉理I：大学硕十学何论文1．2国内外研究现状双目视觉里的标定技术可以分为需要计算出相机每一项参数的标定技术和只需要知道这些参数相互关联产生的矩阵的标定方法。当需要计算出每一项参数时要求比较多，是严格的摄像机标定，即在重构前需要计算出摄像机成像的几何模型参数，这一类标定方法会受标定物

8、的限制，要求在拍摄前在摄像机前面放置一个结构和大小信息都已经知道的高精度标定物，同过手工选择一组已知空间坐标的特征点，然后通过分析这组特征点的空间坐标和二维图像上的坐标，得出三维世界坐标与二维图像坐标之间的对应关系，由此就计算出了摄像机内外因素14以21。这一类的标定方法的计算模型简单，并且可以方便的不同的计算之间转换，容易通过加入相应的措施提高计算精度，但是标定过程不好操作，在特殊环