多自由度双目立体视觉系统研究

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1、多自由度双目立体视觉系统研究ResearchonMultipleDegreesofFreedomBinocularStereoVisionSystem(国家自然科学基金重点项目:No.61535008)工程领域：光学工程作者姓名：赵显庭指导教师：王晋疆企业导师：天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要针对传统双目立体视觉系统测量视场范围小的缺点，本文在阅读大量国内外文献的基础上搭建了多自由度双目立体视觉平台，分析了多自由度双目立体视觉系统结构参数对测量精度影响，研究了多视场三维点云自动拼接方法，为大场景目标重建提供了参考。本文工作主要分为以

2、下几个方面：(1)介绍了双目立体视觉系统的内外参数标定原理和两种三维重建算法，其中，最小二乘法利用单应性关系计算目标点的三维坐标，视差法通过立体校正、图像匹配、重投影等步骤实现三维重建。(2)在传统双目立体视觉基础上研究了多视场自动拼接的多自由度双目立体视觉系统工作原理。将大场景目标分为多个子区域进行分别重建，最终进行整体拼接。针对多自由度系统多次标定的问题，研究了基于转轴参数的标定方法，利用转轴参数、旋转角度实现动态计算多自由度系统的外参数。(3)分析了结构参数对多自由度双目立体视觉系统的测量精度的影响。根据结构模型分析了视场角、基线长度、光轴与基线

3、夹角、焦距和物距等参数对系统测量误差的影响，并进行实验验证。确定了多自由度双目系统设计流程。(4)根据参数分析结果搭建多自由度双目立体视觉系统，将测量目标各个子区域利用最小二乘法、视差法三维重建，并将多个子区域目标点云转换至同一世界坐标系内，完成大场景目标三维重建。实验结果表明，系统测量误差小于3%，满足点云初步拼接的要求。基于转轴参数的多自由度双目立体视觉系统可实现大场景目标三维重建。关键词：双目立体视觉，摄像机标定，转轴参数，三维重建，误差分析IABSTRACTAimingattheshortcomingsofthetraditionalbinoc

4、ularstereosystem,basedontheextensiveunderstandingofthedomesticandforeignliteratures,themultipledegreesoffreedom(multi-DOF)binocularstereovisionplatformisbuilt.Theinfluenceofstructuralparametersofmulti-DOFbinocularstereovisionsystemonthemeasurementaccuracyisanalyzed.Themethodofmu

5、lti-fieldpointcloudsautomaticregistrationisresearchedandanalyzed,whichprovidesareferenceforobjectreconstructionoflargescene.Theworkiscomposedofthefollowingaspects:(1)Thecalibrationprincipleofinternalandexternalparametersofbinocularstereovisionsystemisintroduced,andtwomethodsof3D

6、reconstructionareintroducedindetail.Theleastsquaresmethodisusedtocalculatethe3Dcoordinatesofthetargetpointbyusinghomographytransformation;3Dreconstructionisachievedbythemethodofdisparitywhichusesstereorectification,imagematching,reprojectionandotheroperations.(2)Basedonthetradit

7、ionalbinocularstereovision,westudythemulti-DOFbinocularstereovisionsystem.Thesceneisdividedintoanumberofsub-areasforreconstructionrespectivelyandthewholeregistrationisachievedfinally.Aimingattheproblemofmultiplecalibrationofmulti-DOFsystem,westudyancalibrationmethodbasedonthesha

8、ftparameters.Theexternalparametersofthesystemar