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《雙目立體視覺new》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、雙目立體視覺雙目立體視覺的研究一直是機器視覺中的熱點和難點。使用雙目立體視覺系統(tǒng)可以確定任意物體的三維輪廓，并且可以得到輪廓上任意點的三維坐標(biāo)。因此雙目立體視覺系統(tǒng)可以應(yīng)用在多個領(lǐng)域。現(xiàn)說明介紹如何基于HALCON實現(xiàn)雙目立體視覺系統(tǒng)，以及立體視覺的基本理論、方法和相關(guān)技術(shù)，為搭建雙目立體視覺系統(tǒng)和提高算法效率。? 雙目立體視覺是機器視覺的一種重要形式，它是基于視差原理并由多幅圖像獲取物體三維幾何信息的方法。雙目立體視覺系統(tǒng)一般由雙攝像機從不同角度同時獲得被測物的兩幅數(shù)字圖像，或由單攝像機在不同時刻從不同角度獲得被測物的兩幅數(shù)字圖像，并基于視差原理恢復(fù)出物體的三維幾何信息，重建物體三維輪廓及
2、位置。雙目立體視覺系統(tǒng)在機器視覺領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。? HALCON是在世界范圍內(nèi)廣泛使用的機器視覺軟件。它擁有滿足您各類機器視覺應(yīng)用需求的完善的開發(fā)庫。HALCON也包含Blob分析、形態(tài)學(xué)、模式識別、測量、三維攝像機定標(biāo)、雙目立體視覺等杰出的高級算法。HALCON支持Linux和Windows，并且可以通過C、C++、C#、VisualBasic和Delphi語言訪問。另外HALCON與硬件無關(guān)，支持大多數(shù)圖像采集卡及帶有DirectShow和IEEE1394驅(qū)動的采集設(shè)備，用戶可以利用其開放式結(jié)構(gòu)快速開發(fā)圖像處理和機器視覺應(yīng)用軟件。?一．雙目立體視覺相關(guān)基本理論說明? 1．1雙目
3、立體視覺原理? 雙目立體視覺三維測量是基于視差原理，圖1所示為簡單的平視雙目立體成像原理圖，兩攝像機的投影中心的連線的距離，即基線距為b。攝像機坐標(biāo)系的原點在攝像機鏡頭的光心處，坐標(biāo)系如圖1所示。事實上攝像機的成像平面在鏡頭的光心后，圖1中將左右成像平面繪制在鏡頭的光心前f處，這個虛擬的圖像平面坐標(biāo)系O1uv的u軸和v軸與和攝像機坐標(biāo)系的x軸和y軸方向一致，這樣可以簡化計算過程。左右圖像坐標(biāo)系的原點在攝像機光軸與平面的交點O1和O2?？臻g中某點P在左圖像和右圖像中相應(yīng)的坐標(biāo)分別為P1(u1,v1)和P2(u2,v2)。假定兩攝像機的圖像在同一個平面上，則點P圖像坐標(biāo)的Y坐標(biāo)相同，即v1=v2
4、。由三角幾何關(guān)系得到:? 上式中（xc，yc，zc）為點P在左攝像機坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，b為基線距，f為兩個攝像機的焦距，（u1，v1）和（u2，v2）分別為點P在左圖像和右圖像中的坐標(biāo)。? 視差定義為某一點在兩幅圖像中相應(yīng)點的位置差:? 圖1雙目立體成像原理圖 圖3一般雙目立體視覺系統(tǒng)原理圖由此可計算出空間中某點P在左攝像機坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為:? 因此，只要能夠找到空間中某點在左右兩個攝像機像面上的相應(yīng)點，并且通過攝像機標(biāo)定獲得攝像機的內(nèi)外參數(shù)，就可以確定這個點的三維坐標(biāo)。? 1．2雙目立體視覺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及精度分析? 由上述雙目視覺系統(tǒng)的基本原理可知，為了獲得三維空
5、間中某點的三維坐標(biāo)，需要在左右兩個攝像機像面上都存在該點的相應(yīng)點。立體視覺系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為交叉擺放的兩個攝像機從不同角度觀測同一被測物體。圖3為原理圖。這樣通過求得兩個圖像中相應(yīng)點的圖像坐標(biāo)，便可以由雙目立體視覺測量原理求取三維空間坐標(biāo)。事實上，獲取兩幅圖像也可以由一個攝像機實現(xiàn)，如一個攝像機通過給定方式的運動，在不同位置觀測同一個靜止的物體，或者通過光學(xué)成像方式將兩幅圖像投影到一個攝像機，都可以滿足要求。? 各種雙目視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，這些結(jié)構(gòu)適用于不同的應(yīng)用場合。對要求大測量范圍和較高測量精度的場合，采用基于雙攝像機的雙目立體視覺系統(tǒng)比較合適；對測量范圍要求比較小，對視覺系統(tǒng)體積和質(zhì)
6、量要求嚴(yán)格，需要高速度實時測量對象，基于光學(xué)成像的單攝像機雙目立體視覺系統(tǒng)便成為最佳選擇。? 基于雙攝像機的雙目立體視覺系統(tǒng)必須安裝在一個穩(wěn)定的平臺上，在進行雙目視覺系統(tǒng)標(biāo)定以及應(yīng)用該系統(tǒng)進行測量時，要確保攝像機的內(nèi)參(比如焦距)和兩個攝像機相對位置關(guān)系不能夠發(fā)生變化，如果任何一項發(fā)生變化，則需要重新對雙目立體視覺系統(tǒng)進行標(biāo)定。? 視覺系統(tǒng)的安裝方法影響測量結(jié)果的精度。測量的精度可由下式得出:? 上式中⊿z表示測量得出的被測點與立體視覺系統(tǒng)之間距離的精度，z指被測點與立體視覺系統(tǒng)的絕對距離，f指攝像機的焦距，b表示雙目立體視覺系統(tǒng)的基線距，⊿d表示被測點視差精度。? 為了得到更高的精度
7、，應(yīng)該使攝像機的焦距以及基線長度增大，同時應(yīng)該使被測物體盡可能的靠近立體視覺系統(tǒng)。另外這個精度和視差的精度有直接的關(guān)系。在HALCON中一般情況下視差結(jié)果可以精確到1/5~1/10個像素，如果一個像素代表7.4μm那么視差的精度可以達(dá)到1μm。圖4表示深度測量的精度和各個參數(shù)之間的關(guān)系（假設(shè)視差精度為1μm）。? 如果b和z之間的比值過大，立體圖像對之間的交迭區(qū)域?qū)⒎浅Ｐ?，這樣就不能夠得到足夠的
