双目立体三维重建技术研究

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立体视觉是计算机视觉领域的一个重要研究课题,旨在重构场景的三维几何信息,在机器人视觉导航、工业自动化、航空勘测、近距照相测量等领域都具有很好的应用价值。其中双目立体视觉是立体视觉的一种重要形式,也是对场景进行三维重建的一种有效的方法。本文中双目立体视觉采用双摄像机,从不同角度同时获取景物的两幅数字图像,然后建立两幅图像的对应关系,通过计算图像对应点间的位置偏差,由计算机重建景物的三维形状与位置。  本文以双目立体视觉基本原理和摄像机成像原理为基础,研究了摄像机标定、图像校正、立体匹配、三维重建四个部分。  首先,在摄像机标定阶段,根据实验室现有条件,本文采用了张正友平面标定算法对单摄像机的内部参数和双摄像机的外部参数进行标定;接着利用标定得到的畸变参数对图像进行校正,使得极线和坐标轴平行,并得到校正后的内部参数和外部参数,实验表明,标定结果和校正的图像比较准确;  其次,在进行立体匹配之前,对图像进行双边滤波,用以减小噪声、保护边缘,然后以自适应权重的匹配算法为基础,改进了相似性度量函数,通过对每个颜色通道求取Sobel梯度并且结合颜色信息进行相似度计算,接着在此基础上,加入了MeanShift图像分割,用以计算自适应权重,该方法提高了低纹理区域、重复区域的匹配率,本文对标准图像进行实验,得到了较好的视差图,对实验室采集的图像进行实验时,引入了极线约束条件,也得到了较好地视差图,这表明改进的算法具有可行性;  最后,利用得到的稠密匹配点以及校正后的内部参数和外部参数对三维坐标进行解算,在得到稠密的离散点云之后,利用OpenGL对三维点进行纹理贴图,实验结果表明重建的物体逼真,具有一定的实用性。
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