基于透鏡成像機(jī)理的目標(biāo)深度信息獲取算法及其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)研究.pdf

1、現(xiàn)實(shí)世界物體的三維信息包括寬度、高度和深度。物體的深度信息是拍照時(shí)攝像機(jī)鏡頭與所拍物體之間的距離。物體的深度信息對(duì)于物體的三維重建有著非常重要的意義，它是其三維信息中不可缺少的部分，在計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用中起著關(guān)鍵作用。本文是基于透鏡成像機(jī)理，利用單目視覺對(duì)焦深度法獲取目標(biāo)物體的深度信息，為機(jī)器人完成抓取物體、避開障礙物、跟蹤目標(biāo)等奠定基礎(chǔ)。
　　 通過分析國(guó)內(nèi)外深度信息獲取方法的研究現(xiàn)狀，指出攝像機(jī)標(biāo)定采用小孔模型的不足，提出基于透

2、鏡成像機(jī)理的目標(biāo)深度信息獲取方法，該方法不改變攝像機(jī)焦距，通過移動(dòng)凸透鏡的位置，僅改變物距和像距，使圖像對(duì)焦，研究圖像清晰時(shí)目標(biāo)物體的深度信息。分析深度信息測(cè)量模型，提出攝像機(jī)焦距和透鏡到CCD面距離的標(biāo)定方法，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果獲取目標(biāo)物體的深度信息。并分析透鏡位置檢測(cè)模型，提出凸透鏡中心平面與CCD平面是否平行的檢測(cè)方法。
　　 圖像對(duì)焦是本課題深度信息獲取算法的核心，圖像對(duì)焦的關(guān)鍵是圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)和對(duì)焦搜索算法，本課題研究各

3、種圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)和對(duì)焦搜索算法，通過實(shí)驗(yàn)比較和分析，選取基于Sobel邊緣檢測(cè)算子的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，利用遍歷搜索法與最小二乘曲線擬合相結(jié)合的方法搜索最佳對(duì)焦位置，完成圖像對(duì)焦，并用MATLAB編寫相應(yīng)的圖像處理程序。
　　 根據(jù)成像模型分析，設(shè)計(jì)一種獨(dú)立移動(dòng)和獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，移動(dòng)自由度用來使圖像對(duì)焦，旋轉(zhuǎn)自由度用來檢測(cè)凸透鏡安裝位置，并對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。實(shí)驗(yàn)時(shí)把凸透鏡和攝像機(jī)分別安裝在兩個(gè)六自由度位姿調(diào)節(jié)

4、平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的等效。
　　 建立實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、六自由度位姿調(diào)節(jié)平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、攝像機(jī)、標(biāo)靶等，利用這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)節(jié)標(biāo)靶、凸透鏡和CCD成像面位置。實(shí)驗(yàn)的控制及參數(shù)獲取主要利用VC++控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，MATROX對(duì)圖像進(jìn)行采集，MATLAB對(duì)圖像進(jìn)行處理，AC-DMIS配合三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量位置信息。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)靶、凸透鏡和CCD成像面位置進(jìn)行了調(diào)節(jié)，對(duì)凸透鏡焦距和透鏡到CCD成像面的距離進(jìn)行標(biāo)定。