基于雙目視覺(jué)的實(shí)時(shí)三維重建技術(shù)研究.pdf

1、基于雙目視覺(jué)的實(shí)時(shí)三維重建是以雙目相機(jī)拍攝的圖像為數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)視覺(jué)算法恢復(fù)出三維模型的逆向工程。雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格低廉，重建速度快且精度高，因此在無(wú)人機(jī)電力巡檢、移動(dòng)機(jī)器人等方面具有廣泛的應(yīng)用。本文研究的重點(diǎn)包括三維重建中的相機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定，左右圖像立體匹配，點(diǎn)云配準(zhǔn)等關(guān)鍵技術(shù)，并根據(jù)特定場(chǎng)景的需求在一些經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)。本文主要內(nèi)容如下：
　　1、對(duì)相機(jī)的成像模型進(jìn)行了深入研究，并指出相機(jī)畸變對(duì)于拍攝圖像的

2、影響，指出相機(jī)參數(shù)標(biāo)定的必要性。在相機(jī)標(biāo)定問(wèn)題上，本文采用了經(jīng)典的棋盤(pán)格模板標(biāo)定法，對(duì)其中的棋盤(pán)格角點(diǎn)檢測(cè)問(wèn)題，本文基于游程編碼和棋盤(pán)格對(duì)稱差異的特點(diǎn)對(duì)Harris算法進(jìn)行了一定的改進(jìn)，后續(xù)實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)后的算法能夠有效的過(guò)濾非棋盤(pán)格角點(diǎn)，很好的彌補(bǔ)了Harris算法在特定場(chǎng)景下的不足。
　　2、立體匹配算法是三維重建技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，本文對(duì)常見(jiàn)的三種匹配算法做了量化分析，并指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在立體匹配問(wèn)題上，匹配基元及其度量是立體匹配

3、算法設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是決定一個(gè)立體匹配算法性能的關(guān)鍵點(diǎn)，本文重點(diǎn)研究了SGBM，GC，BM三種常見(jiàn)的立體匹配算法的匹配基元及其度量，然后在特定場(chǎng)景下分別采用三種算法做立體匹配，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SGBM算法能夠很好的兼顧性能和計(jì)算復(fù)雜度兩個(gè)方面，本課題也采用了這種匹配算法來(lái)獲取視差圖。
　　3、點(diǎn)云的配準(zhǔn)在獲取大場(chǎng)景和物體的完整三維模型中至關(guān)重要，目前存在的點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，如四元數(shù)法、4PCS算法主要通過(guò)數(shù)學(xué)優(yōu)化的思想進(jìn)行點(diǎn)云配準(zhǔn)，這類算

4、法的計(jì)算復(fù)雜度高且經(jīng)常由于多次迭代后只能達(dá)到局部最優(yōu)而導(dǎo)致錯(cuò)誤的匹配結(jié)果。本文提出了一種點(diǎn)云粗配準(zhǔn)方案：基于輔助相機(jī)標(biāo)定法獲取剛體變換的初始值，然后運(yùn)用ICP算法多次迭代優(yōu)化剛體變換的值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云精配準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)表明，此配準(zhǔn)方案操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性較高。
　　4、為了驗(yàn)證論文中研究的視覺(jué)算法，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于雙目相機(jī)的三維重建視覺(jué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以雙目相機(jī)獲取的被重建物體的圖像作為信息輸入，通過(guò)圖像處理算法來(lái)獲取深度信息，從而重建出彩色