面向移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的立體匹配算法研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、雙目立體視覺是計(jì)算機(jī)視覺中一個(gè)重要研究領(lǐng)域。雙目立體視覺系統(tǒng)通過模擬人類雙眼視覺過程,對(duì)攝像機(jī)拍攝的二維圖像通過立體匹配獲取場(chǎng)景的深度信息,從而進(jìn)行三維重建。雙目立體視覺技術(shù)在視頻監(jiān)控、機(jī)器人導(dǎo)航、無人車、虛擬現(xiàn)實(shí)和3D電影等多個(gè)方面都有非常廣泛的應(yīng)用前景。立體匹配是三維重建的核心技術(shù),也是立體視覺研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
  隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步,穩(wěn)定可靠的感知模塊在視覺導(dǎo)航、視覺伺服等現(xiàn)代移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)中的作用越來越大,立體視覺

2、技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)展。但機(jī)器人工作環(huán)境中光照通常都是非理想的,光照變化會(huì)影響立體匹配的準(zhǔn)確性,導(dǎo)致產(chǎn)生誤匹配,降低算法的魯棒性。機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)決策使得對(duì)立體匹配算法的實(shí)時(shí)性要求較高,全局匹配算法和傳統(tǒng)局部匹配算法計(jì)算復(fù)雜,運(yùn)行時(shí)間較長,不適合實(shí)時(shí)系統(tǒng)。本文對(duì)光照變化條件下的雙目立體視覺技術(shù)進(jìn)行了研究,提高了立體匹配算法在光照變化下的魯棒性和實(shí)時(shí)性,使得立體視覺技術(shù)滿足機(jī)器人導(dǎo)航等實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用需求。
  本文針

3、對(duì)非理想環(huán)境下的機(jī)器人導(dǎo)航問題,對(duì)非參數(shù)Census變換匹配算法在光照變化條件下的魯棒性進(jìn)行了研究,并對(duì)算法進(jìn)行了實(shí)時(shí)性能優(yōu)化。本文的主要研究工作如下:
  1)針對(duì)光照變化條件下傳統(tǒng)Census變換算法存在的局限性,本文提出了一種改進(jìn)的Census變換匹配算法。傳統(tǒng)Census變換只是單一地將中心像素與各鄰域像素進(jìn)行比較,對(duì)中心像素的依賴性太強(qiáng),當(dāng)中心像素或鄰域像素的灰度值受到噪聲影響發(fā)生畸變時(shí),立體匹配的穩(wěn)健性明顯減弱。為了克

4、服上述局限,本文對(duì)傳統(tǒng)Census變換進(jìn)行了改進(jìn),將Census變換窗口中所有像素取均值并在其基礎(chǔ)上加一個(gè)微小的變量來代替中心像素值,然后做稀疏的Census變換。實(shí)驗(yàn)表明,在光照變化條件下,算法的魯棒性提高,可以得到滿意的稠密視差圖。
  2)針對(duì)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求和傳統(tǒng)采用的硬件加速存在的缺點(diǎn),本文對(duì)改進(jìn)的Census變換匹配算法進(jìn)行了性能優(yōu)化。按照立體匹配的步驟,從代碼流程、存儲(chǔ)器組織、高速緩存利用和基于SSE多媒體

5、擴(kuò)展指令等多方面進(jìn)行優(yōu)化,充分發(fā)揮了PC機(jī)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化后的算法可以使立體匹配滿足實(shí)時(shí)性的要求。
  3)基于OpenCV視覺庫和VS2008開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)本文算法。首先利用Middlebury大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試平臺(tái)上提供的4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行立體匹配,以檢驗(yàn)算法的有效性;然后在實(shí)驗(yàn)室搭建的雙目攝像機(jī)平臺(tái)上拍攝實(shí)際場(chǎng)景的圖片,以檢驗(yàn)算法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的立體匹配性能。實(shí)驗(yàn)表明,改進(jìn)的Census變換匹配算法在光照變化強(qiáng)烈的條件下,

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