双目立体成像和显示的fpga视频处理技术研究

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1、双目立体成像和显示的FPGA视频处理技术研究谢若冰2015年12月中图分类号：TM13UDC分类号：621.38双目立体成像和显示的FPGA视频处理技术研究作者姓名谢若冰学院名称光电学院指导教师裘朔博士李力博士答辩委员会主席蒋晓瑜教授申请学位工学硕士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月TheResearchofFPGAVideoProcessingTechnologyonBinocularStereoImagingandDisplayCandidateName：XieRuobingSchoolorD

2、epartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Doc.QiuSuDoc.LiLiChair,ThesisCommittee：Prof.XiaoyuJiangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获

3、得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要伴随着增强现实和虚拟现实等技术的快速升温，立体视觉技术正成为当前的研究热点，在军事、公共安全、工业生产以及游戏娱乐等领域的应用正在快速拓展。通常，计算机立体视觉系统是通过双目立体摄像机获取视频图像的。但是，不同的计算机视觉

4、系统，由于用途的差异，设计的图像采集系统都有差异。就立体显示效果而言，图像采集系统参数中影响最大的基线距离。这是因为视觉中枢会将光学系统的基线距离，默认为人的双眼间距。因此，对于基线距离不等于人双眼间距的图像采集系统，需要对双目显示器的输出图像进行调整，以得到比较理想的立体显示效果。论文首先分析了人眼立体视觉的原理，得到了影响人的立体景深感的最重要因素——双目图像的视差。随后研究了目标物体的距离与其双目视差的关系。之后，论文对双目相机的成像原理进行了阐述。根据上述关系，论文推导出了双目立体显示配准公式。利用该公式，在已知了双目立

5、体相机和双目显示器的参数的基础之上，根据目标物体的距离，可以实现对双目显示图像进行调整，从而是观察者获得比较理想的立体观察效果。根据双目显示的调整公式，实现对双目显示图像的调整，目标物体的距离是一个必不可少的参数。为此，论文进一步研究了基于双目显示的测距系统。实现双目测距的首要前提是获得高精度的双目摄相机的参数，所以论文介绍了的张正友相机标定方法。实现双目测距的另一个要求是，获得同目标在双目摄像机的左右相面上的位置。所以论文接下来讨论了SURF图像特征提取与匹配算法。为了压缩特征匹配时的计算量，提高匹配的精度，论文还引入了极线约

6、束。至此，双目显示与测距系统的理论框架搭建完成。随后，论文描述一套在PC平台完成的验证系统，并分析了该系统的实验结果，以检验该系统方案的可行性。为提高系统的性能和便携性，在论文最后还讨论了在基于FPGA的图像处理系统上完成本套设计方案，并提供了摄像机驱动模块，双目显示器驱动模块以及SUFR算法实现方案等设计思路。关键词：立体视觉；双目；图像配准；摄像机标定；SURF；立体显示；FPGA；I北京理工大学硕士学位论文AbstractStereovisionisbecomingahotspotinrecentyears,asmorea

7、ndmoreattentionarefocusingonAugmentReality(AR)andVirtualReality(VR).AlotofnewapplicationsofStereovisionarecreatedandproposedinmilitaryarea,publicsafety,industrialapplication,andfilmandgameentertainment.Generally,thecomputerstereovisionsystemusesabinocularstereocamera

8、tocollectthevideo.Butthebinocularstereocamerasvarybecausethecomputerstereovisionsystemsaredesignedtoaccomplishdifferenttask.Andtheb