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1、立體視覺基礎一.立體視覺的概念1.計算機視覺的概念2.立體視覺的概念1.計算機視覺的概念什么是計算機視覺?模擬人眼接收客觀世界中可見光信息，并由大腦解釋可視信息的過程，使用算法對真實圖像或視頻中的內(nèi)容給予有效的解釋。入口數(shù)據(jù)：圖像、視頻（可視信息）出口數(shù)據(jù)：對可視內(nèi)容的某種解釋（非可視信息）數(shù)字圖像處理使用算法對數(shù)字圖像中的像素信息實施處理，使圖像中內(nèi)容的可視化質(zhì)量得以提高的過程。入口數(shù)據(jù)：圖像（可視）出口數(shù)據(jù)：圖像（可視）2.立體視覺的概念模仿人眼的立體視覺過程，基于一幀或多幀具有共同拍攝場景的圖像，
2、由其中的二維形狀信息恢復原始場景中三維形狀信息的視覺過程。二.立體視覺的基本原理1.單視幾何原理2.雙視幾何原理3.多視幾何原理4.立體視覺的一般處理過程1.單視幾何原理單視幾何：針對平面物體的形狀恢復2.雙視幾何原理雙視幾何：基于標定攝像機的三維表面重建3.多視幾何原理多視幾何：基于未標定攝像機的三維表面重建4.立體視覺的一般處理過程plprPOlOrXlXrPlPrflfrZlYlZrYrR,T入口數(shù)據(jù)：單幀或多幀圖像為了最終恢復三維信息，需要基于入口數(shù)據(jù)進一步獲取哪些數(shù)據(jù)？4.立體視覺的一般處理過
3、程問題：如何知道不同圖像中的匹配信息？如何知道不同拍攝方位的相對放置（外部參數(shù)）？如何知道攝像機的內(nèi)部參數(shù)？4.立體視覺的一般處理過程（1）圖像配準（2）攝像機標定（確定內(nèi)部參數(shù)）（3）確定攝像機相對放置（確定外部參數(shù)）（4）三維表面重建（1）圖像配準1）基于像素的圖像配準方法兩幀圖像中所有具有同一原像的像素對都應建立匹配關系。2）基于特征的圖像配準方法僅針對兩幀圖像中的具有同一原像的點、線、區(qū)域特征對建立匹配關系。（1）圖像配準兩類方法具有一定的聯(lián)系，并且，基于特征的圖像配準效率更高，在其基礎上可簡化
4、像素級配準。由于各類特征均可以轉(zhuǎn)換為點特征，因此，基于特征點的配準方法成為研究的重點。例如，直線段特征可轉(zhuǎn)換為直線段的兩兩交點，區(qū)域特征可轉(zhuǎn)換為區(qū)域的重心。2）基于特征點的圖像配準a）數(shù)字圖像中的特征點提取示例：角點提取b）基于特征點的圖像配準仿射圖像配準、透視圖像配準、基于外極幾何約束的圖像配準a）角點提取示例：基于獨立性的角點提取方法兩個像素窗口的關聯(lián)系數(shù)：像素的獨立性：123456789123456789x’與y’小于指定整數(shù)，且不同時為零a）角點提取獨立性示例：亮度越強的像素位置獨立性越強a）角
5、點提取處理流程：1.從圖像中提取邊緣像素集2.將邊緣像素按照獨立性降序排序3.對于當前獨立性最大的像素，若其獨立性大于指定閾值，則將其輸出到角點集，否則結(jié)束處理流程4.對于剩余的邊緣像素集，將其獨立性乘以H，轉(zhuǎn)第2步a）角點提取其中，di為第i個剩余邊緣像素與輸出角點間的像素距離；D為相對距離定義，由它規(guī)定距離遠、近的概念。b）基于特征點的圖像配準圖像配準的目的：在兩幀圖像間建立一個映射關系，該映射能夠?qū)⑵渲幸粠瑘D像上的特征點坐標映射為另一幀圖像中匹配特征點的坐標。b）基于特征點的圖像配準問題：兩幀圖像
6、中的特征點數(shù)量一定相等嗎？是否所有特征點都存在對應的匹配特征點？兩幀圖象存在差異，內(nèi)容不會完全一致，因此特征點數(shù)量也不一定相等兩幀圖象存在差異，某特征點可能在左圖像中出現(xiàn)，但卻可能在右圖像中未出現(xiàn)b）基于特征點的圖像配準特征點坐標間的映射可理解為坐標變換，可使用矩陣來表示。矩陣類型與圖像間幾何變換的關系：1.二維仿射矩陣與圖像平面內(nèi)的二維旋轉(zhuǎn)、平移、放縮變換對應2.二維透視矩陣除包含二維變換外，還包含攝像機繞光心的旋轉(zhuǎn)變換3.基礎矩陣包含二維變換、攝像機旋轉(zhuǎn)、攝像機平移等變換b）基于特征點的圖像配準二維
7、仿射變換：兩幀圖像間的變化可由二維圖像平面上的二維旋轉(zhuǎn)、放縮、平移來描述；r、l分別表示左右圖像中特征點坐標，i、j表示特征點序號若已知左、右圖像中的3個匹配特征點對，則能求解該變換b）基于特征點的圖像配準二維透視變換：兩幀圖像間的變化包括二維圖像平面上的二維旋轉(zhuǎn)、放縮、平移、攝像機成像平面在三維空間中繞光心旋轉(zhuǎn)；r、l分別表示左右圖像中特征點坐標，i、j表示特征點序號若已知左、右圖像中的4個匹配特征點對，則能求解該變換b）基于特征點的圖像配準仿射配準的處理流程：1.假設左圖像與右圖像的特征點集分別為P
8、、Q，從P、Q中選擇一個未嘗試的三點對，若已無三點對可以選擇，則認為配準失敗，并結(jié)束處理流程2.使用相似三角形約束判斷三點對的合理性，若不合理，則轉(zhuǎn)第一步b）基于特征點的圖像配準相似三角形約束：p、q分別表示P、Q中的特征點，相同腳標表示具有匹配關系，ε為很小的值b）基于特征點的圖像配準3.使用三點對解方程組，求解仿射變換的6個未知系數(shù)，確定變換矩陣4.使用得到的變換矩陣，求P中所有特征點在Q中滿足容忍度D（誤差，以像素為單位）的匹配特征點
