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1、雙目立體視覺技術簡介1.什么是視覺視覺是一個古老的研究課題，同時又是人類觀察世界、認知世界的重要功能和手段。人類從外界獲得的信息約有75%來自視覺系統(tǒng)，用機器模擬人類的視覺功能是人們多年的夢想。視覺神經生理學，視覺心里學，特別是計算機技術、數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、人工智能等學科的發(fā)展，為利用計算機實現(xiàn)模擬人類的視覺成為可能。在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產過程中，計算機視覺正成為一種提高生產效率和檢驗產品質量的關鍵技術之一，如機器零件的自動檢測、智能機器人控制、生產線的自動監(jiān)控等;在國防和航天等領域，計算機視覺也具有較重要的意義，如運動目標的自動跟蹤與識別、自主車導航及空間機器人的視覺控制等。人類
2、視覺過程可以看作是一個從感覺到知覺的復雜過程，從狹義上來說視覺的最終目的是要對場景作出對觀察者有意義的解釋和描述；從廣義上說，是根據周圍的環(huán)境和觀察者的意愿，在解釋和描述的基礎上做出行為規(guī)劃或行為決策。計算機視覺研究的目的使計算機具有通過二維圖像信息來認知三維環(huán)境信息的能力，這種能力不僅使機器能感知三維環(huán)境中物體的幾何信息(如形狀、位置、姿態(tài)運動等)，而且能進一步對它們進行描述、存儲、識別與理解，計算機視覺己經發(fā)展起一套獨立的計算理論與算法。2.什么是計算機雙目立體視覺雙目立體視覺(BinocularStereoVision)是機器視覺的一種重要形式，它是基于視差原理并利用成像設備從不同的
3、位置獲取被測物體的兩幅圖像，通過計算圖像對應點間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息的方法。融合兩只眼睛獲得的圖像并觀察它們之間的差別，使我們可以獲得明顯的深度感，建立特征間的對應關系，將同一空間物理點在不同圖像中的映像點對應起來，這個差別，我們稱作視差(Disparity)圖像，如圖一。圖一、視差（Disparity）圖像雙目立體視覺測量方法具有效率高、精度合適、系統(tǒng)結構簡單、成本低等優(yōu)點，非常適合于制造現(xiàn)場的在線、非接觸產品檢測和質量控制。對運動物體（包括動物和人體形體）測量中，由于圖像獲取是在瞬間完成的，因此立體視覺方法是一種更有效的測量方法。雙目立體視覺系統(tǒng)是計算機視覺的關鍵技術之一
4、，獲取空間三維場景的距離信息也是計算機視覺研究中最基礎的內容。雙目立體視覺的開創(chuàng)性工作始于上世紀的60年代中期。美國MIT的Roberts通過從數(shù)字圖像中提取立方體、楔形體和棱柱體等簡單規(guī)則多面體的三維結構，并對物體的形狀和空間關系進行描述，把過去的簡單二維圖像分析推廣到了復雜的三維場景，標志著立體視覺技術的誕生。隨著研究的深入，研究的范圍從邊緣、角點等特征的提取，線條、平面、曲面等幾何要素的分析，直到對圖像明暗、紋理、運動和成像幾何等進行分析，并建立起各種數(shù)據結構和推理規(guī)則。特別是上世紀80年代初，Marr首次將圖像處理、心理物理學、神經生理學和臨床精神病學的研究成果從信息處理的角度進行
5、概括，創(chuàng)立了視覺計算理論框架。這一基本理論對立體視覺技術的發(fā)展產生了極大的推動作用，在這一領域已形成了從圖像的獲取到最終的三維場景可視表面重構的完整體系，使得立體視覺已成為計算機視覺中一個非常重要的分支。經過幾十年來的發(fā)展，立體視覺在機器人視覺、航空測繪、反求工程、軍事運用、醫(yī)學成像和工業(yè)檢測等領域中的運用越來越廣。3.雙目立體視覺系統(tǒng)立體視覺系統(tǒng)由左右兩部攝像機組成。如圖二所示，圖中分別以下標l和r標注左、右攝像機的相應參數(shù)。世界空間中一點A(X，Y，Z)在左右攝像機的成像面Cl和Cr上的像點分別為al(ul，vl)和ar(ur，vr)。這兩個像點是世界空間中同一個對象點A的像，稱為“共
6、軛點”。知道了這兩個共軛像點，分別作它們與各自相機的光心Ol和Or的連線，即投影線alOl和arOr，它們的交點即為世界空間中的對象點A(X，Y，Z)。這就是立體視覺的基本原理。圖二、立體視覺的基本原理4.博安盈雙目立體視覺系統(tǒng)：平行光軸的系統(tǒng)結構在平行光軸的立體視覺系統(tǒng)中（圖三），左右兩臺攝像機的焦距及其它內部參數(shù)均相等，光軸與攝像機的成像平面垂直，兩臺攝像機的x軸重合，y軸相互平行，因此將左攝像機沿著其x軸方向平移一段距離b（稱為基線baseline）后與右攝像機重合。由空間點A及左右兩攝像機的光心Ol、Or確定的極平面（Epipolarplane）分別與左右成像平面Cl、Cr的交線p
7、l、pr為共軛極線對，它們分別與各自成像平面的坐標軸ul、ur平行且共線。在這種理想的結構形式中，左右攝像機配置的幾何關系最為簡單，極線已具有很好的性質，為尋找對象點A在左右成像平面上的投影點al和ar之間的匹配關系提供了非常便利的條件。圖三、平行光軸的立體視覺系統(tǒng)示意圖5.雙目立體視覺智能視頻分析技術恢復場景的3D信息是立體視覺研究中最基本的目標，為實現(xiàn)這一目標，一個完整的立體視覺系統(tǒng)通常包含六個模塊：圖像獲取、攝像機
