雙目立體視覺系統(tǒng)的精度分析

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1、第37卷第19期計算機工程2011年10月Vol.37No.19ComputerEngineeringOctober2011·開發(fā)研究與設(shè)計技術(shù)·文章編號：1000—3428(2011)19—0280—03文獻標(biāo)識碼：A中圖分類號：TP212.1雙目立體視覺系統(tǒng)的精度分析112劉俸材，謝明紅，顏國霖(1.華僑大學(xué)機電及自動化學(xué)院，福建泉州362021；2.黎明大學(xué)機電工程系，福建泉州362000)摘要：為提高雙目立體視覺系統(tǒng)的測量精度，分析雙目視覺系統(tǒng)的工作原理以及該系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的誤差模型。通過提高標(biāo)定模板的精度、增加標(biāo)定圖像，可以減小

2、標(biāo)定誤差及圖像校正行對齊誤差。分析圖像識別誤差對視覺系統(tǒng)測量精度的影響，導(dǎo)入視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與測量誤差之間的關(guān)系，從而確定結(jié)構(gòu)參數(shù)對測量精度的作用。討論物距對測量精度的影響，并給出合適的物距范圍。關(guān)鍵詞：立體視覺；精度分析；攝像機標(biāo)定；立體校正；結(jié)構(gòu)參數(shù)AccuracyAnalysisofBinocularStereoVisionSystem112LIUFeng-cai,XIEMing-hong,YANGuo-lin(1.CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,HuaqiaoUniver

3、sity,Quanzhou362021,China;2.DepartmentofElectromechanicalEngineering,LimingUniversity,Quanzhou362000,China)【Abstract】Toraisethemeasurementaccuracyofbinocularstereovisionsystem,workingprincipleofbinocularvisionsystemanderrormodelinallaspectsareanalyzed.Thecalibrationerror

4、andtheimagerectificationerrorcanbereducedbyimprovingtheaccuracyofcalibrationtemplateandincreasingcalibrationimages.Byanalyzingimagerecognitionerrors’influenceonthemeasurementaccuracyofthevisualsystem,therelationshipbetweenstructuralparametersofvisualsystemandmeasuremente

5、rrorsisintroduced.Theinfluenceofstructuralparameterstovisualsystemisdetermined.Theinfluenceofobjectdistanceonmeasurementaccuracyisdiscussedandaproperobjectdistancescopeisgiven.【Keywords】stereovision;accuracyanalysis;cameracalibration;stereorectification;structuralparamet

6、erDOI:10.3969/j.issn.1000-3428.2011.19.0921概述雙目立體視覺是計算機視覺的一個分支，利用2臺攝像機同時對物體拍照，根據(jù)景物點在左右攝像機圖像上的位置關(guān)系計算出景物點的三維坐標(biāo)，從而可以實現(xiàn)三維測量和恢復(fù)。由于結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)采集方便迅速、屬于非接觸式測量以及可以應(yīng)用于各種復(fù)雜惡劣的環(huán)境中，雙目視覺被廣泛應(yīng)[1]用于三維檢測、機器人導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。目前，已有許多學(xué)者對雙目立體視覺進行了非常深入的研究，但大部分學(xué)者都將注意力集中在攝像機標(biāo)定、特征提圖1雙目視覺原理取、立體匹配等數(shù)學(xué)模型方面，而系

7、統(tǒng)地論述雙目視覺系統(tǒng)誤差尤其是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對雙目視覺系統(tǒng)的精度影響的著假定左右攝像機的圖像在同一個平面上，則特征點P在作較少。文獻[2]分析了數(shù)字量化效應(yīng)對精度的影響，但沒有2幅圖像具有相同的Y坐標(biāo)，即y=yl=yr，則由三角幾何關(guān)系研究結(jié)構(gòu)參數(shù)和攝像機標(biāo)定誤差對視覺系統(tǒng)精度的影響。文得到：獻[3]討論了光軸與基線的夾角、基線長度、焦距等對系統(tǒng)測xl=f·xc/zc,xr=f·(T–xc)/zc,y=f·yc/zc量精度的影響，但是沒有聯(lián)系實際論述物距對系統(tǒng)精度的(1)令視差d=xl–xr，根據(jù)三角形相似可以計算出特征點P影響。在雙目

8、視覺系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)：本文論述攝像機標(biāo)定、特征提取、結(jié)構(gòu)參數(shù)等對測量精xc=T·xl/d,yc=T·y/d,zc=T·f/d(2)度的影響，對雙目視覺系統(tǒng)的設(shè)計和使用均能起到指導(dǎo)性因此，左攝像機像面上的任