基于變焦雙目視覺系統(tǒng)三維測量的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、計算機視覺理論的主要目標是獲得場景的三維信息，利用計算機視覺三維重建技術(shù)可以實現(xiàn)道路交通事故現(xiàn)場的三維測量?，F(xiàn)有的交通事故勘查系統(tǒng)主要存在以下幾方面問題：一是普遍采用高架結(jié)構(gòu)進行測量。這種高空拍攝方式雖然可以有效地減小深度誤差，但是由于采用高架結(jié)構(gòu)，整套系統(tǒng)價格昂貴，操作不靈活，使得系統(tǒng)無法推廣使用。二是系統(tǒng)往往需要現(xiàn)場放置標尺或模板，不僅降低了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，同時對于與標尺尺寸相差較多的距離也存在測量精度較低的問題。
　　要解

2、決上述問題，必須要研究計算機視覺理論中的關(guān)鍵技術(shù)。論文通過對雙目視覺系統(tǒng)三維測量過程中圖像對應(yīng)點的立體匹配、攝像機標定和圖像畸變校正等關(guān)鍵技術(shù)的研究，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的主要問題，提出了采用手持式變焦雙目視覺測量系統(tǒng)的系統(tǒng)方案，在保證系統(tǒng)測量精度的前提下，提高了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性。這些關(guān)鍵技術(shù)的解決也有利于拓寬計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　首先，論文對兩視圖初始匹配方法進行了研究，針對現(xiàn)有方法在匹配速度上不能滿足多視圖匹配的實時

3、性問題，提出了一種基于灰度梯度的新的匹配方法。該方法利用Harris角點檢測得到的梯度算子尋找兩視圖之間的對應(yīng)性，在搜索匹配點的過程中僅使用了和運算與差運算，大大降低了初始匹配過程中的匹配速度。該方法在匹配精度、正確匹配概率和匹配速度上均優(yōu)于常用的歸一化灰度互相關(guān)方法，特別是在匹配速度上減少了約50％的匹配時間，有效提高了匹配的實時性。
　　其次，論文對多視圖匹配技術(shù)也進行了研究。多視圖匹配在兩兩視圖匹配搜索過程中常常存在大量的誤

4、匹配累積，嚴重地影響了以匹配為基礎(chǔ)的攝像機標定和三維重建的精度。而一般的匹配約束方法只是兩視圖之間的約束，不能有效去除誤匹配點。論文針對這一問題，將雙目視覺系統(tǒng)在運動前后射影重建之間存在的變換矩陣關(guān)系創(chuàng)造性地引入到匹配過程，提出了將變換矩陣作為多視圖之間的匹配約束的新的多視圖匹配方法，該方法真正實現(xiàn)了在多視圖匹配點之間的共同約束，可以有效剔除誤匹配點，優(yōu)化匹配結(jié)果。該匹配約束的引入不僅可以降低多視圖匹配過程中的誤匹配概率，同時也提高了變

5、換矩陣的求解精度，進而提高了系統(tǒng)三維重建的精度。大量真實圖像實驗驗證了該方法的有效性。
　　之后，論文對固定內(nèi)參數(shù)下的攝相機自標定技術(shù)進行了研究，并推導了描述自標定過程的數(shù)學公式?，F(xiàn)有自標定技術(shù)中通常要求解絕對二次曲線的像(IAC)或二次曲線的對偶像(DIAC)矩陣，然后通過Cholesky分解獲得內(nèi)參數(shù)矩陣，這就要求IAC或DIAC必須正定。而由于噪聲的存在，矩陣常常無法正定，這導致了很多自標定算法在應(yīng)用過程中出現(xiàn)無解的問題。針

6、對這一問題，論文提出了無正定約束的自標定方法。該方法利用攝像機內(nèi)參數(shù)可以估計這一特點，直接對內(nèi)參數(shù)矩陣進行了優(yōu)化求解，避開了IAC或DIAC的正定問題。同時算法采用遺傳算法進行參數(shù)求解，解決了一般算法中需要精確初值的問題。仿真實驗和真實圖像實驗都驗證了該方法的有效性。
　　在此基礎(chǔ)上，論文進一步對變焦情況下的攝像機自標定技術(shù)進行了研究，討論了在兩視圖或三視圖情況下，基于上述無正定約束的思想，利用Kruppa方程獲得了變焦系統(tǒng)的攝像

7、機標定方法。論文采用實際相機系統(tǒng)對該方法進行了驗證，證實了在其它內(nèi)參數(shù)不變的情況下，僅采用兩到三幅視圖便可以獲得攝像機焦距的精確標定。
　　然后，論文對改善圖像畸變的無模板校正方法進行了研究。圖像的畸變誤差是影響攝影測量的主要因素之一。由于鏡頭畸變參數(shù)隨焦距的變化而改變，因此必須進行在線校正。本文針對這種情況，利用實際場景中存在的直線特征，通過將Hough變換檢測到的直線與Canny算子檢測的邊緣之間存在的誤差作為畸變誤差，實現(xiàn)了

8、圖像畸變在無模板情況下的在線校正。實驗表明，這種無模板的在線畸變校正方法應(yīng)用起來方便靈活，可以有效提高三維重建的精度。
　　最后，論文結(jié)合上述研究成果，提出了將傳統(tǒng)標定與自標定相結(jié)合的標定方法應(yīng)用于變焦雙目視覺系統(tǒng)的新的測量方案，這一系統(tǒng)有效地結(jié)合了傳統(tǒng)標定與自標定技術(shù)的優(yōu)點，避免了測量過程中使用標定模板的問題，在確保系統(tǒng)精度的前提下提高了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，使變焦雙目視覺系統(tǒng)應(yīng)用于攝影測量成為可能，為攝影測量在交通事故現(xiàn)場勘查中的