雙目ccd光電成像測(cè)量系統(tǒng)研究

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1、碩士論文雙目CCD光電成像測(cè)量系統(tǒng)研究點(diǎn)所對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的空間位置與強(qiáng)度的關(guān)系。一般把灰度圖像當(dāng)作二維隨機(jī)過(guò)程，用統(tǒng)計(jì)推斷方法對(duì)這類(lèi)隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行分析。實(shí)際上是解決圖像預(yù)處理問(wèn)題，把目標(biāo)圖像從復(fù)雜背景干擾中提取出來(lái)。2．2從三維景物到二維圖像的變換原理前面已經(jīng)談到通過(guò)攝像機(jī)完成從三維景物到二維圖像的轉(zhuǎn)換，那么如何從三維景物轉(zhuǎn)換為二維圖像呢，三維景物中的物點(diǎn)與它在二維圖像中的像點(diǎn)有什么樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系呢。很顯然，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系正是我們從二維圖像計(jì)算空間目標(biāo)景物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的基本出發(fā)點(diǎn)。從三維景物到二維圖像的轉(zhuǎn)換要用到成像幾何模型

2、，理想的成像幾何模型即是光學(xué)中的針孔成像模型，其成象原理如圖2．2所示呻·4】：t一‘一一一一。一。。一一‘_。一?！?。。。一。。一‘?！?’’’‘。-。。。一一。一一。-。-’’·--。---。---。-。-’--·-·一?！。一?！合衩嫖锩妫?。、、、’’’～～’～，、．、、．、、、、、、●，．，．．，，，，，，，，，．一一，·，·，，，，，，，，，’’1‘彳B’光軸Z[．．．，，．，，，，·，···，，·，·’’-’～～’～，～～～～～，～r彳’1～’’’～～’～～～、～～～～，，～L．。二Br‘7

3、i1a7：：-．--．一--．-．．一_．-．--．-_---·-．．．．--·--．----．-．----_一．-·--·--．--_．--．·------．．．---：圖2．2針孔成像模型針孔成像模型，即是光學(xué)中的中心投影，假設(shè)物體表面的反射光都經(jīng)過(guò)一個(gè)“針孔’’而投影在像平面上。針孔成像模型主要由光心、光軸和成像面所構(gòu)成。圖2．2中Dc為光心；‘為焦距，它是光心Dc到像面的距離；口為物距，它是光心到物面的距離。針孔成像模型滿(mǎn)足三點(diǎn)共線(xiàn)的關(guān)系，像點(diǎn)彳‘是物點(diǎn)彳與光心q與像平面的交點(diǎn)，即光心Dc，物點(diǎn)彳和像

4、點(diǎn)彳’在一條直線(xiàn)上。針孔成像由于透光量太小，很難得到清晰的圖像，在工程實(shí)踐中是用光學(xué)透鏡成像模型來(lái)獲得圖像。CCD攝像機(jī)上用的光學(xué)鏡頭即是凸透鏡。透鏡成像模型如圖2．3所示：52．雙目視覺(jué)測(cè)量的技術(shù)基礎(chǔ)碩士論文B’><，，彥鄉(xiāng)j：：=：．．p‘光軸Z、：：：：：、．、～r彳’11二二：：j：：、、：：：I．：：：：：：：：：：：：：二：：：：：：：、＼．．曰1'Ir●·-圖2．3透鏡成像圖通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何變換，即可得出：土：三+三(2．2．1)一=一+一●／lfab、。?！?等：一b：聊(2．2．2)一=一=m

5、I／／／l彳Ba、7式(2．2．1)常稱(chēng)為凸透鏡成像公式。式(2．2．2)中像高與物高之比等于像距與物距之比；m稱(chēng)為放大率。比較圖2．2和圖2．3可以看出，針孔成像和透鏡成像并不嚴(yán)格一致，在針孔成像中，像距等于焦距；而在透鏡成像中像距并不等于焦距。但在工程應(yīng)用中，由于物距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于像距，即a>>b。把式(2．2．1)整理可得出廠(chǎng)=蘭(2．2．32)，=—_【2．．3)a+D當(dāng)a>>b時(shí)，廠(chǎng)≈b；可認(rèn)為像面與焦平面重合。由于a>>b的條件成立，所以用針孔成像模型代替透鏡成像模型還是被認(rèn)可的。針孔成像模型表達(dá)了物點(diǎn)

6、與像點(diǎn)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，它是空間三維物點(diǎn)變換為二維像點(diǎn)的基本關(guān)系。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究中一般用視覺(jué)坐標(biāo)系來(lái)描述針孔成像模型。如圖2．4所示?？臻g任何一點(diǎn)P在圖像中的成像位置，即任何點(diǎn)P在圖像中的投影位置P，為光心0與P點(diǎn)的連線(xiàn)OP與圖像平面的交點(diǎn)。這種關(guān)系也稱(chēng)為中心射影或透視投影(perspectiveprojection)。如圖2．4所示，并可得出他們之間的比例關(guān)系：‘6碩士論文雙目CCD光電成像測(cè)量系統(tǒng)研究圖2．4針孔成像視覺(jué)坐標(biāo)系yfXfi=藝夏=瓦(224)藝Zc疋Zc卜“17其中，(x，Y)為P點(diǎn)的圖像坐

7、標(biāo)；(t，E，Zc)為空間點(diǎn)P在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)系，OO’即為廠(chǎng)，為攝像機(jī)透鏡光心O與CCD靶面中心的O’的距離，稱(chēng)為小孔成像攝像機(jī)等效焦距。用齊次坐標(biāo)和矩陣表示上述透視投影關(guān)系2．3雙目立體視覺(jué)原理0oGf01010IJxctzc1(2．2．5)雙目立體視覺(jué)是基于視差原理，由三角法原理進(jìn)行三維信息的獲取，即由兩個(gè)攝像機(jī)的圖像平面(或單攝像機(jī)在不同位置的圖像平面)和被測(cè)物體之間構(gòu)成一個(gè)三角形。已知兩個(gè)攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，便可以獲取兩攝像機(jī)公共視場(chǎng)內(nèi)物體的三維尺寸及空間物體特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。雙目立體視覺(jué)一

8、般由兩個(gè)攝像機(jī)或者一個(gè)運(yùn)動(dòng)的攝像機(jī)構(gòu)成【i,10,11,12】。2．3．1平視雙目立體視覺(jué)三維測(cè)量原理雙目立體視覺(jué)三維測(cè)量是基于視差原理，圖2．5所示為簡(jiǎn)單的平視雙目立體成像原理圖，兩攝像機(jī)的投影中心連線(xiàn)的距離，即基線(xiàn)距為B。兩攝像機(jī)在同一時(shí)刻觀看空間物體的同一特征點(diǎn)P，分別在“左眼”和“右眼”上獲取了點(diǎn)尸的圖像，它們的圖像坐標(biāo)分別為％=(％，％)，所吶=(墨神，‰，)．。假定兩攝像機(jī)的圖像在同一個(gè)