双目ccd光电成像测量系统研究

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1、硕士论文双目CCD光电成像测量系统研究点所对应物点的空间位置与强度的关系。一般把灰度图像当作二维随机过程，用统计推断方法对这类随机过程进行分析。实际上是解决图像预处理问题，把目标图像从复杂背景干扰中提取出来。2．2从三维景物到二维图像的变换原理前面已经谈到通过摄像机完成从三维景物到二维图像的转换，那么如何从三维景物转换为二维图像呢，三维景物中的物点与它在二维图像中的像点有什么样的对应关系呢。很显然，这种对应关系正是我们从二维图像计算空间目标景物运动状态的基本出发点。从三维景物到二维图像的转换要用到成像几何模型

2、，理想的成像几何模型即是光学中的针孔成像模型，其成象原理如图2．2所示呻·4】：t一‘一一一一。一。。一一‘_。一。’。。。一。。一‘。‘-’’’‘。-。。。一一。一一。-。-’’·--。---。---。-。-’--·-·一。’。_。一。’：像面物面：。、、、’’’～～’～，、．、、．、、、、、、●，．，．．，，，，，，，，，．一一，·，·，，，，，，，，，’’1‘彳B’光轴Z[．．．，，．，，，，·，···，，·，·’’-’～～’～，～～～～～，～r彳’1～’’’～～’～～～、～～～～，，～L．。二Br‘7

3、i1a7：：-．--．一--．-．．一_．-．--．-_---·-．．．．--·--．----．-．----_一．-·--·--．--_．--．·------．．．---：图2．2针孔成像模型针孔成像模型，即是光学中的中心投影，假设物体表面的反射光都经过一个“针孔’’而投影在像平面上。针孔成像模型主要由光心、光轴和成像面所构成。图2．2中Dc为光心；‘为焦距，它是光心Dc到像面的距离；口为物距，它是光心到物面的距离。针孔成像模型满足三点共线的关系，像点彳‘是物点彳与光心q与像平面的交点，即光心Dc，物点彳和像

4、点彳’在一条直线上。针孔成像由于透光量太小，很难得到清晰的图像，在工程实践中是用光学透镜成像模型来获得图像。CCD摄像机上用的光学镜头即是凸透镜。透镜成像模型如图2．3所示：52．双目视觉测量的技术基础硕士论文B’><，，彦乡j：：=：．．p‘光轴Z、：：：：：、．、～r彳’11二二：：j：：、、：：：I．：：：：：：：：：：：：：二：：：：：：：、＼．．曰1'Ir●·-图2．3透镜成像图通过简单的几何变换，即可得出：土：三+三(2．2．1)一=一+一●／lfab、。。‘7等：一b：聊(2．2．2)一=一=m

5、I／／／l彳Ba、7式(2．2．1)常称为凸透镜成像公式。式(2．2．2)中像高与物高之比等于像距与物距之比；m称为放大率。比较图2．2和图2．3可以看出，针孔成像和透镜成像并不严格一致，在针孔成像中，像距等于焦距；而在透镜成像中像距并不等于焦距。但在工程应用中，由于物距远远大于像距，即a>>b。把式(2．2．1)整理可得出厂=兰(2．2．32)，=—_【2．．3)a+D当a>>b时，厂≈b；可认为像面与焦平面重合。由于a>>b的条件成立，所以用针孔成像模型代替透镜成像模型还是被认可的。针孔成像模型表达了物点

6、与像点之间的数学关系，它是空间三维物点变换为二维像点的基本关系。在计算机视觉研究中一般用视觉坐标系来描述针孔成像模型。如图2．4所示。空间任何一点P在图像中的成像位置，即任何点P在图像中的投影位置P，为光心0与P点的连线OP与图像平面的交点。这种关系也称为中心射影或透视投影(perspectiveprojection)。如图2．4所示，并可得出他们之间的比例关系：‘6硕士论文双目CCD光电成像测量系统研究图2．4针孔成像视觉坐标系yfXfi=艺夏=瓦(224)艺Zc疋Zc卜“17其中，(x，Y)为P点的图像坐

7、标；(t，E，Zc)为空间点P在摄像机坐标系下的坐标系，OO’即为厂，为摄像机透镜光心O与CCD靶面中心的O’的距离，称为小孔成像摄像机等效焦距。用齐次坐标和矩阵表示上述透视投影关系2．3双目立体视觉原理0oGf01010IJxctzc1(2．2．5)双目立体视觉是基于视差原理，由三角法原理进行三维信息的获取，即由两个摄像机的图像平面(或单摄像机在不同位置的图像平面)和被测物体之间构成一个三角形。已知两个摄像机之间的位置关系，便可以获取两摄像机公共视场内物体的三维尺寸及空间物体特征点的三维坐标。双目立体视觉一

8、般由两个摄像机或者一个运动的摄像机构成【i,10,11,12】。2．3．1平视双目立体视觉三维测量原理双目立体视觉三维测量是基于视差原理，图2．5所示为简单的平视双目立体成像原理图，两摄像机的投影中心连线的距离，即基线距为B。两摄像机在同一时刻观看空间物体的同一特征点P，分别在“左眼”和“右眼”上获取了点尸的图像，它们的图像坐标分别为％=(％，％)，所呐=(墨神，‰，)．。假定两摄像机的图像在同一个