基于復眼的小型高速三維跟蹤系統(tǒng)研究.pdf

1、仿生復眼視覺系統(tǒng)模仿生物復眼的曲面多目結構，在實現(xiàn)大視場、大景深、三維信息探測、高速跟蹤以及系統(tǒng)小型化等方向均具有巨大潛力，從而引起學術界的廣泛關注。本文提出將仿生復眼視覺系統(tǒng)應用于高速運動目標的全景三維跟蹤，并基于此目的設計了一個尺寸為60×60×50 mm3的緊湊復眼系統(tǒng)?；趯θS重構盲區(qū)與三維探測分辨率的分析設計了系統(tǒng)的結構參數(shù)，并從彌散斑大小與畸變分布兩個角度出發(fā)分析了系統(tǒng)的成像質量。
　　本系統(tǒng)可對物體進行多目成像，故

2、可利用雙目視覺的原理計算物體的三維位置信息與形貌信息。文中推導了復眼系統(tǒng)的成像模型與畸變模型，并利用Tsai兩步標定法對復眼透鏡進行了統(tǒng)一標定，獲取了7個子眼的內參與外參，最后推導了三維信息獲取的模型。為了分析系統(tǒng)的三維探測精度，建立了精度分析模型，分析了系統(tǒng)結構參數(shù)與探測距離對其三維探測精度的影響。
　　為了將三維信息探測應用于高速運動目標，本文提出了一種高速三維跟蹤策略。利用可開窗相機縮小圖像曝光、傳輸與處理的面積，從而克服視

3、場與空間分辨率對跟蹤速度的制約。為了使得小面積的曝光窗口始終能夠跟蹤到高速運動的物體，利用卡爾曼濾波器對復眼系統(tǒng)所成的多個子像進行運動預測。
　　復眼系統(tǒng)利用子眼分割大視場，故而目標在運動過程中會通過不同的子眼成像，必須準確判斷參與成像的子眼以調整三維探測相關參數(shù)以及窗口位置。本文提出了一種利用復眼系統(tǒng)的結構特性判斷參與成像的子眼的方法，文中分析了算法的耗時，在開窗大小為40×40(pix×pix)時每幀最少耗時為300μs左右，

4、故最快跟蹤速度為3000 fps。本文還基于復眼透鏡的一體化多目結構，提出了一種基于極線約束的多基線匹配方法，從而實現(xiàn)多目標的高速三維跟蹤。
　　為驗證復眼系統(tǒng)高速三維跟蹤的性能，進行了5組實驗，分析了三維跟蹤的探測誤差，對比了采集速度、目標運動速度以及探測距離對三維跟蹤的影響，并驗證了多目標三維跟蹤的效果。實驗結果表明，三維探測誤差在X、Y方向上為0.4 mm左右，在Z方向為11 mm左右；提高采集速度有利于發(fā)現(xiàn)運動細節(jié)；目標距