高精度攝像機(jī)標(biāo)定和魯棒立體匹配算法研究.pdf

1、立體視覺(jué)是由兩幅或多幅從不同視點(diǎn)拍攝的圖像恢復(fù)場(chǎng)景三維信息的技術(shù)。立體視覺(jué)的終極目標(biāo)是根據(jù)所觀測(cè)的圖像信息，建立被觀測(cè)景物的三維模型。其中，正確獲取場(chǎng)景的深度信息是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一個(gè)關(guān)鍵步驟。在一個(gè)立體視覺(jué)系統(tǒng)中，深度信息的獲取通常借助于小同圖像之間的匹配計(jì)算來(lái)完成。經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者不斷的努力，近年來(lái)立體視覺(jué)研究取得了令人稱道的進(jìn)展。利用Graph-cut、Belief-propagation等全局優(yōu)化技術(shù)的立體匹配算法相繼涌現(xiàn)。然而，由于

2、立體視覺(jué)本身是一個(gè)病態(tài)問(wèn)題，受稀疏紋理、遮擋、攝像機(jī)標(biāo)定精度和重復(fù)場(chǎng)景等因素的影響，要在不同圖像之間實(shí)現(xiàn)匹配進(jìn)而獲得場(chǎng)景完整和正確的深度信息，仍然是一個(gè)極富挑戰(zhàn)性的研究課題。 在上述研究背景下，本文以立體視覺(jué)系統(tǒng)為研究對(duì)象，從高精度獲取被觀測(cè)場(chǎng)景的稠密視差信息的角度出發(fā)，對(duì)高精度立體攝像機(jī)標(biāo)定和魯棒立體匹配問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。 在立體攝像機(jī)標(biāo)定方面，提出了一個(gè)基于“棋盤(pán)”模式的全自動(dòng)高精度立體攝像機(jī)標(biāo)定方案，并在此基礎(chǔ)上

3、構(gòu)建了一個(gè)實(shí)用的立體視覺(jué)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)高精度的立體攝像機(jī)標(biāo)定，研究了從圖像中自動(dòng)檢測(cè)和標(biāo)記用于標(biāo)定目的的特征角點(diǎn)的問(wèn)題。首先，利用“棋盤(pán)”模式黑白相間的特點(diǎn)，用黑白模板對(duì)觀測(cè)圖像做卷積運(yùn)算，并將卷積運(yùn)算的峰值點(diǎn)作為特征角點(diǎn)的候選。然后，利用一種改進(jìn)的Delaunay三角網(wǎng)格算法，完成對(duì)候選角點(diǎn)的自動(dòng)篩選和標(biāo)記。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于幾何約束的全局曲線擬合算法，將對(duì)棋盤(pán)格邊緣進(jìn)行擬合得到的三次曲線的交點(diǎn)作為真實(shí)角點(diǎn)，從而獲得特征角點(diǎn)的

4、高精度位置信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的方法能大幅度提高特征角點(diǎn)的檢測(cè)精度，從而達(dá)到顯著提高攝像機(jī)標(biāo)定精度的日的。目前，實(shí)際構(gòu)建的立體視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)定精度優(yōu)于4‰，可以滿足精確恢復(fù)場(chǎng)景三維信息的要求。 在立體匹配方面，提出了一種基于區(qū)域間協(xié)調(diào)優(yōu)化的立體匹配算法。該算法以圖像區(qū)域?yàn)槠ヅ浠?，利用區(qū)域的彩色特征以及相鄰區(qū)域間應(yīng)滿足的平滑和遮擋關(guān)系定義了區(qū)域的匹配能量函數(shù)，并引入?yún)^(qū)域之間的合作競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，通過(guò)協(xié)同優(yōu)化使所定義的匹配能量極小