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雙目立體視覺技術(shù)的實(shí)現(xiàn)及其進(jìn)展
摘要：闡述了雙目立體視覺技術(shù)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的最新動(dòng)態(tài)及其優(yōu)越性。指出雙目體視技術(shù)的實(shí)現(xiàn)分為國(guó)像獲取、攝像機(jī)標(biāo)定、特片提取、立體匹配和三維重建幾個(gè)步驟，詳細(xì)分析了各個(gè)步驟的技術(shù)特點(diǎn)、存在的問題和解決方案，并對(duì)雙目體視技術(shù)的發(fā)展做了展望。關(guān)鍵詞：雙目立體視覺計(jì)算機(jī)視覺 立體匹配 攝像機(jī)標(biāo)定 特征提取
雙目立體視覺是計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)重要分支，即由不同位置的兩臺(tái)或者一臺(tái)攝像機(jī)（CCD）經(jīng)過移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場(chǎng)景，通過計(jì)算空間點(diǎn)在兩幅國(guó)像中的視差，獲得該點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。80年代美國(guó)麻省理工學(xué)院人工智能實(shí)驗(yàn)室的Marr提出了一種視覺計(jì)算理論并應(yīng)用在雙睛匹配上，使兩張有視差的平面圖產(chǎn)生在深度的立體圖形，奠定了雙目立體視覺發(fā)展理論基礎(chǔ)。相比其他類的體視方法，如透鏡板三維成像、投影式三維顯示、全息照相術(shù)等，雙目本視直接模擬人類雙眼處理景物的方式，可靠簡(jiǎn)便，在許多領(lǐng)域均極具應(yīng)用價(jià)值，如微操作系統(tǒng)的位姿檢測(cè)與控制、機(jī)器人導(dǎo)航與航測(cè)、三維測(cè)量學(xué)及虛擬現(xiàn)實(shí)等。
1 雙目體視的技術(shù)特點(diǎn)
雙目標(biāo)視技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可分為以下步驟：圖像獲取、攝像機(jī)標(biāo)定、特征提取、圖像匹配和三維重建，下面依次介紹各個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)特點(diǎn)。
1.1 圖像獲取
雙目體視的圖像獲取是由不同位置的兩臺(tái)或者一臺(tái)攝像機(jī)（CCD）經(jīng)過移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場(chǎng)景，獲取立體圖像對(duì)。其針孔模型如圖1。假定攝像機(jī)C1與C2的角距和內(nèi)部參數(shù)都相等，兩攝像機(jī)的光軸互相平行，二維成像平面X1O1Y1和X2O2Y2重合，P1與P2分別是空間點(diǎn)P在C1與C2上的成像點(diǎn)。但一般情況下，針孔模型兩個(gè)攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)不可能完成相同，攝像機(jī)安裝時(shí)無法看到光軸和成像平面，故實(shí)際中難以應(yīng)用。
上海交大在理論上對(duì)會(huì)攝式雙目體視系統(tǒng)的測(cè)量精度與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系作了詳盡分析，并通過試驗(yàn)指出，對(duì)某一特定點(diǎn)進(jìn)行三角測(cè)量。該點(diǎn)測(cè)量誤差與兩CCD光軸夾角是一復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系；若兩攝像頭光軸夾角一定，則被測(cè)坐標(biāo)與攝像頭坐標(biāo)系之間距離越大，測(cè)量得到點(diǎn)距離的誤差就越大。在滿足測(cè)量范圍的前提下，應(yīng)選擇兩CCD之間夾角在50℃～80℃之間。
1.2 攝像機(jī)的標(biāo)定
對(duì)雙目體視而言，CCD攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)物理世界進(jìn)行重建前的基本測(cè)量工具，對(duì)它們的標(biāo)定是實(shí)現(xiàn)立體視覺基本而又關(guān)鍵的一步。通常先采用單攝像機(jī)的標(biāo)定方法，分別得到兩個(gè)攝像機(jī)的內(nèi)、外參數(shù)；再通過同一世界坐標(biāo)中的一組定標(biāo)點(diǎn)來建立兩個(gè)攝像機(jī)之間的位置關(guān)系。目前常用的單攝像機(jī)標(biāo)定方法主要有：
（1）攝影測(cè)量學(xué)的傳統(tǒng)設(shè)備標(biāo)定法。利用至少17個(gè)參數(shù)描述攝像機(jī)與三維物體空間的結(jié)束關(guān)系，計(jì)算量非常大。
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