基于单视图的视觉测量方法及应用

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文基于单视图的视觉测量方法及应用论文作者：张兰学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：通信与信息系统指导教师：胡钊政职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金(51208168)、天津市自然科学基金(13JCYBJC37700)ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofCommunicationandInformationSystemsVISUALMEASUREMENTMETHODBASEDONSINGLEVIEWANDITSAPPLICATION

2、byZhangLanSupervisor:Prof.HuZhaozhengApril2016ThisworkwassupportedbyNaturalScienceFoundationofChina(NSFC).NO.51208168，NaturalScienceFoundationofTianjinCity.NO.13JCYBJC37700.摘要单视图测量具有结构简单、标定步骤少、非接触性、造价低等优点，同时避免了多视图测量中存在的视场小、标定过程复杂、匹配困难等不足，在视觉测量中具有重要意义。本文基于单视图视觉测量方法，提出三种特定应用的测量方法，分别是：三维倒车影像系统、水面目

3、标的三维测量方法和基于连续序列图像的弯道曲率计算方法。主要工作内容概述如下：1.三维倒车影像系统传统的倒车影像系统只能实现二维测量，为了帮助驾驶员将后方障碍物的高度呈现出来，本文提出了基于单视图的三维倒车影像的测量方法，其核心思想是利用平面标定方法对路面进行标定，实现路面上的二维测量，加入高度计算模型，进而实现三维测量。实验表明，本文的方法不仅能实现传统的二维测量，还能够有效测量路面上目标的高度，得到三维倒车影像。该倒车影像系统还能根据驾驶员的需求，进行二维、三维倒车影像的切换和稀疏、密集倒车影像线的选择。2.水面目标的三维测量根据目前水面目标测量方法的不足，本文提出了基于单视图的水

4、面目标测量算法，并设计了一种带校平功能的标定装置。该测量方法的基本原理是利用与水面平行的平面计算水面法向量，通过平面与反投影相交的原理和高度计算模型求解水面目标的三维坐标，并且利用RGEM误差估计算法对测量结果进行评估。实验表明，该算法能实现水面上的较大场景的三维重建，且精度较高。3.基于连续序列图像的弯道曲率计算方法根据目前道路曲率计算方法存在的不足，本文提出基于连续序列图像的弯道曲率计算方法，其核心思想是利用多张连续图像来获取较长路段的数据，通过对重建曲线匹配可以实现较长路段的三维重建与坐标映射，从而可以用更多的有效数据点进行圆周拟合，计算道路曲率。实验表明，本文的计算方法能够精

5、确得到弯道曲率，且在弯道较平缓时明显优于单幅图像曲率计算。关键词：单视图相机标定射影几何倒车影像水面目标曲率计算IABSTRACTMonocularvisionisveryimportantinvisionmeasurement,becauseithastheadvantagesofsimplestructure,lesscalibrationprocedure,non-contact,lowcost,etc.Comparedtomulti-sensormeasurement,itcanavoiddifficultyofsmallfieldofview,thecomplexityof

6、thecalibrationprocessandthedifficultyofmatching.Thispaperpresentsthemeasurementmethodofthesingleviewtoinferthemethodsof3-DImagereversingsystem,3-Dmeasurementofthesurfacetargetsandthecalculationofbendcurvaturebasedonsequenceofconsecutivevideologimages.Themainresearchworkinthispaperisasfollows:1.

7、3-DImagereversingsystem.Traditionalreversingimagesystemcanonlyachievetwo-dimensionalmeasurement.Inordertohelpthedriverseerearobstacleheight,thispaperpresentsa3-Dimagereversingsystembasedonasingleimage.Thecoreideaistousetheplanecal