实时双目立体视觉系统的设计与实现

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1、分类号TP391密级UDC学校代码10500工程硕士学位论文（非全日制）题目：实时双目立体视觉系统的设计与实现英文题目：DesignandImplementationofReal-tineBinocularStereoVisionSystem学位申请人姓名：张为申请学位领域名称：计算机技术指导教师姓名：欧阳勇副教授潘志宣高级工程师二○一六年十一月分类号密级UDC学校代码10500工程硕士学位论文（非全日制）题目实时双目立体视觉系统的设计与实现英文题目DesignandImplementationofReal-tineBinocularStereoVi

2、sionSystem研究生姓名（签名）校内导师姓名（签名）职称校外导师姓名（签名）职称申请学位领域名称领域代码论文答辩日期学位授予日期学院负责人（签名）评阅人姓名评阅人姓名年月日摘要双目立体视觉系统是基于视差原理，采用标准的立体匹配算法来分析图像中研究对象的深度信息，从而达到对研究对象的3D重构、测量距离等功能。近年来立体视觉分析大部分是在改进前人的方案，同时产生了各种立体匹配构思。现在比较新的立体匹配方案的性能已经可以达到到预期的效果。但是大部分方案相当大的比例是采用程序来实现，很难达到实时处理的需求。随着图像技术的更新，双目立体视觉系统广泛采用硬

3、件架构，但其硬件实现在分析精度和资源占用存在矛盾，一般来讲，复杂的算法需要占用相当多的硬件资源，一些新的算法通过硬件实现的途径是不适合的。基于以上原因，本课题依据已有的算法，产生了一个通过硬件芯片完成立体匹配的算法方案，具体方案是在整合像素差的绝对值之和“SAD”、“census转换”等代价算法进行处理代价初始化之后，通过运用动态规划“DP”的思路优化扫描线，以保证深度图的数据波动趋于平稳，同时滤除更多的噪点，然后借助背景删除、中值过滤等多种处理措施来优化深度图，这样既可以极大地提升视差图的效果，又可以保证处理速度。本课题同时为这个算法搭建了一个髙性

4、能的硬件电路，并采用安富利的spartan6-150T图像开发工具连接日本安奇逻辑的自动调焦高清摄像设备PE1005S来实施。通过测试，这个方案只消耗了整个FPGA四分之一的硬件资源。数据结合已经获得的实验数据，本研究最高可以即时完成分辨率720P帧数大于60的深度图，这个优化在现有的硬件方式的方案中已经具有比较的性能，同时深度图的效果跟其它实现方式相比有很大的提升，由此可以知道它已经兼顾两个特点，分别是资源占用较少和分析精度较髙。虽然仍然有提升的空间，但是现有情况已经可以达到作为客流统计、手势识别等常规应用的产品开发的需求。本论文首先描述了双目立体

5、视觉目前的发展情况，而后介绍了应用的几个算法原理，同时推理出本课题的设计原理，随后对使用方案的硬件系统进行了详解，最终经过所得数据进行全面的分析，证明了本系统是先进可靠的。关键词：实时双目立体视觉，FPGA，图像矫正，动态规划，中值滤波IAbstractTheprincipleofbinocularstereovisionsystemistosimulatethehumaneye,usingstandardstereomatchingalgorithmtoanalyzethedepthinformationoftheobjectintheimage,

6、soastoachievetheobjectofstudyofthree-dimensionalreconstruction,distancemeasurementandotherfunctions.Inrecentyears,themajorityofstereovisionanalysisisintheoptimizationofpreviousalgorithms,andproposedavarietyofstereomatchingalgorithm.Nowcomparingtheperformanceofthenewstereomatchi

7、ngalgorithmhasbeenabletomatchtotheexpectedscenedepth.Butmostofthealgorithmsareverylargeproportionofsoftwaretoachieve,itisdifficulttomeettheneedsofreal-time.Withthedevelopmentofimagetechnology,thehardwarearchitectureofthebinocularstereovisionsystemhasbeenwidelystudied,butthehard

8、wareimplementationintheaccuracyanalysisofresourceoccup