基于嵌入式的立体视觉三维重建系统设计

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1、工程硕士学位论文基于嵌入式的立体视觉三维重建系统设计作者姓名徐燕翔工程领域控制工程校内指导教师裴海龙教授校外指导教师谢健教授级高工所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2018年1月3日Designof3DreconstructionsystembasedonembeddedstereovisionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuYanxiangSupervisor：Prof.PeiHailongSouthChinaUniversityofTec

2、hnologyGuangzhou,China分类号：TP301学校代号：10561学号：201521013351华南理工大学硕士学位论文基于嵌入式的立体视觉三维重建系统设计作者姓名：徐燕翔指导教师姓名、职称：裴海龙教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：控制工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：嵌入式系统与图像处理论文提交日期：2018年1月3日论文答辩日期：2018年3月19日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：董超委员：裴海龙苏为洲谢巍刘富春摘

3、要随着科技的不断进步和发展，用于无人机自主导航和无人驾驶技术的场合将会越来越多。为了实现这些关键功能，三维重建技术就必不可少。三维重建技术主要有：基于激光扫描、深度相机和双目立体视觉的三维重建。相比另外两种方式而言，双目相机具有成本低，重量轻，安装方便等优点，具有很好的应用前景。本文是以双目立体视觉理论作为三维重建的基础，主要完成了双目图像的同步采集、双目相机标定、图像校正、立体匹配和三维重建等工作，并在对基于树莓派的嵌入式平台进行搭建，并成功在该平台上运行。本文主要研究的工作如下所示：（1）为了解决空间三维坐标与图像坐标

4、的映射关系，实现了双目相机的标定与校正。研究了相机参考模型，对相机间的各坐标系间的转换进行数学推导，并使用张正友相机标定方法对双目相机进行标定。研究立体视觉中图像匹配的约束条件和匹配策略，并对双目相机进行极线校正。（2）为了获取左右视图的视差信息，实现了双目立体匹配算法。研究了立体匹配算法的基本原理，重点研究了两种半全局立体匹配算法：SGBM和NLCA算法。提出了对NLCA算法的改进方法，并加以实现。最终对各种匹配算法在误匹配率和处理速度两方面进行了对比，选取最佳的匹配算法作为本文的立体匹配算法。（3）实现了基于树莓派的嵌

5、入式平台搭建。搭建了开启树莓派相机所需的硬件和软件环境。并针对无人机在实际的飞行过程中抖动频率会比较高，会导致左右相机时间不同步的问题，实现了一种基于树莓派相机图像采集的软件优化，使得左右相机的时间差缩短，这样可以更加适用于实际的飞行中。（4）实现了基于PC平台的QT地面站。使用OpenCV以及OpenGL混合编程方式，完成了图像的采集、标定参数的导入、图像的立体匹配、三维测距以及OpenGL三维点云重建的功能，实现了基于双目立体视觉的三维重建。关键词：双目立体视觉；相机标定；立体匹配；树莓派；同步采集IAbstractW

6、iththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,uavautonomousnavigationandunmannedtechnologywillbeappliedinmoreoccasions.Inordertoachievethesekeyfunctions,3dreconstructiontechnologyisindispensable.Itismainlybasedonlaserreflection,deepcameraand3dreconstructionofb

7、inocularstereovision.Comparedwithothertwoapproaches,binocularcamera’slowcost,lightweight,convenientinstallationmakesithasabrightapplicationprospectinthefuture.Thisarticleisbasedonbinocularstereovision,asthebasisof3dreconstruction,mainlycompletedthebinocularimageco

8、llection,binocularcameracalibration,imagecalibration,stereomatchingand3dreconstructionworks.Buildanembeddedplatformbasedonraspberrypiandsuccessfullyruno