双目立体视觉系统的立体匹配

双目视觉原理

Bumblebee 双目测量基本原理一．双目视觉原理：双目立体视觉三维测量是基于视差原理。图双目立体成像原理其中基线距B=两摄像机的投影中心连线的距离；相机焦距为f 。设两摄像机在同一时刻观看空间物体的同一特征点(,,)c c c P x y z ，分别在“左眼”和“右眼”上获取了点P 的图像，它们的图像坐标分别为(,)left left left p X Y =，(,)right right right p X Y =。现两摄像机的图像在同一个平面上，则特征点P 的图像坐标Y 坐标相同，即 left right Y Y Y ==，则由三角几何关系得到： () c left c c rig h t c c c x X f z x B X f z y Y f z ?=???-=???=? ? (1-1) 则视差为：left right D isparity X X =-。由此可计算出特征点P 在相机坐标系下的三维坐标为： left c c c B X x D isp a rity B Y y D isp a rity B f z D isp a rity ? =???= ?? ?= ?? (1-2) 因此，左相机像面上的任意一点只要能在右相机像面上找到对应的匹配点，就可以确定出该点的三维坐标。这种方法是完全的点对点运算，像面上所有点只要存在相应的匹配点，

就可以参与上述运算，从而获取其对应的三维坐标。二．立体视觉测量过程 1．图像获取 (1) 单台相机移动获取 (2) 双台相机获取：可有不同位置关系（一直线上、一平面上、立体分布） 2．相机标定：确定空间坐标系中物体点同它在图像平面上像点之间的对应关系。 (1)内部参数：相机内部几何、光学参数 (2)外部参数：相机坐标系与世界坐标系的转换 3．图像预处理和特征提取预处理：主要包括图像对比度的增强、随机噪声的去除、滤波和图像的增强、伪彩色处理等；特征提取：常用的匹配特征主要有点状特征、线状特征和区域特征等 4．立体匹配：根据对所选特征的计算，建立特征之间的对应关系，将同一个空间物理点在不同图像中的映像点对应起来。立体匹配有三个基本的步骤组成：1)从立体图像对中的一幅图像如左图上选择与实际物理结构相应的图像特征；2)在另一幅图像如右图中确定出同一物理结构的对应图像特征；3)确定这两个特征之间的相对位置，得到视差。其中的步骤2是实现匹配的关键。 5．深度确定通过立体匹配得到视差图像之后，便可以确定深度图像，并恢复场景3－D信息。三．Triclops库中的数据流程 Triclops库中的数据流程如下图所示。系统首先从相机模型中获得raw格式的图像，最终将其处理成深度图像。在系统中有两个主要的处理模块。第一个处理模块是一个应用了低通滤波、图像校正和边缘检测的预处理模块。第二个处理模块用来做立体匹配、结果确认和亚像素插值。最后的处理结果就是一幅深度图像。 1．预处理（Pre-processing）

双目视觉成像原理

双目视觉成像原理 1.引言双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别，使我们可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，我们称作视差(Disparity)图。双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，非常适合于制造现场的在线、非接触产品检测和质量控制。对运动物体（包括动物和人体形体）测量中，由于图像获取是在瞬间完成的，因此立体视觉方法是一种更有效的测量方法。双目立体视觉系统是计算机视觉的关键技术之一，获取空间三维场景的距离信息也是计算机视觉研究中最基础的内容。 2.双目立体视觉系统立体视觉系统由左右两部摄像机组成。如图一所示，图中分别以下标L和r标注左、右摄像机的相应参数。世界空间中一点A(X，Y，Z)在左右摄像机的成像面C L和C R上的像点分别为al(ul，vl)和ar(ur，vr)。这两个像点是世界空间中同一个对象点A的像，称为“共轭点”。知道了这两个共轭像点，分别作它们与各自相机的光心Ol和Or的连线，即投影线alOl和arOr，它们的交点即为世界空间中的对象点A(X，Y，Z)。这就是立体视觉的基本原理。图1：立体视觉系统 3.双目立体视觉相关基本理论说明 3．1 双目立体视觉原理双目立体视觉三维测量是基于视差原理，图2所示为简单的平视双目立体成像原理图，两摄像机的投影中心的连线的距离，即基线距为b。摄像机坐标系的原点在摄像机镜头的光心处，坐标系如图2所示。事实上摄像机的成像平面在镜头的光心后，图2中将左右成像平面绘制在镜头的光心前f处，这个虚拟的图像平面坐标系O1uv的u轴和v轴与和摄像机坐标系的x轴和y轴方向一致，这样可以简化计算过程。左右图像坐

基于hancon双目立体视觉焊缝检测

基于halcon的双目立体视觉焊缝检测

基于halcon的双目立体视觉焊缝检测 1 前言现代焊接生产中，对焊接技术和质量的要求愈来愈高。自动化和智能化在焊接生产上的应用日趋广泛。近年来图像处理技术和机器视觉技术得到空前的发展，如果把机器视觉技术用在焊缝成形质量评判中，可以提高评判效率，为焊接质量评判的智能化打下基础。机器视觉是运用计算机来模拟人的视觉，从不同事物的图像中获取信息，进行相应处理并加以分析、理解，最终应用于实际的检测与测量等。机器视觉检测和测量方法不但可以有效提高生产效率与自动化程度，且易于实现信息的集成，从而满足数字化自动化生产的要求。机器视觉中的立体视觉技术把二维景物的分析推广到了三维景物，该项技术可方便实现从图像获取到三维景物表面重建的完整体系，对于整个机器视觉的发展具有重要意义。双目立体视觉是立体视觉中的一个重要的分支，它直接模拟人视觉处理景物的方式，可以在各种条件下灵活地测量景的立体信息。

2 双目视觉检测 2.1 基本理论如图1 所示，设点P为空间焊缝某一特征点，该点在两相机平面O1和O2的投影点依次为P1和P2。图1 双目视觉原理根据空间解析几何理论，很显然，式( 3) 中的4个方程均具有平面解析式的形式，前2 方程代表2平面相交，得到的是直线O1P1P 的方程，同理直线O2P2P 的方程由后2 个方程得出。两直线方程相交，即可求出P 点的空间三维坐标。可见，若采用单相机模型，则理论上仅能解出一条直线的空间方程，无法得出空间点的准确三维坐标，而双目视觉理论则能够克服这个缺陷，从而使焊缝的精确测量有了可能。 2.2图像处理为实现准确测量的目的，必须对采集到的图像进行数字化处理。首先，经过相机采集到的焊缝图像不可避免地存在一些污染痕迹，这

机器人双目立体视觉测距技术研究与实现_张蓬

计算机测量与控制．２０１３．２１（７）　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　＆Ｃｏｎｔｒｏｌ　　 ·１７７５　· 收稿日期：２０１２－１１－２５；　修回日期：２０１３－０１－２３。基金项目：油气管道受阻瞬态流时空演化规律及智能控制方法研究（５０９０５１８６）。作者简介：张　蓬（１９６３－），女，北京人，副教授，主要从事机械电子工程，机器人控制技术方向的研究。文章编号：１６７１－４５９８（２０１３）０７－１７７５－０４中图分类号：ＴＰ３９１．４文献标识码：Ａ机器人双目立体视觉测距技术研究与实现张　蓬，王金磊，赵　弘（中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京　１０２２４９）摘要：机器人视觉是一种重要的机器人传感技术，主要应用于机器人定位和检测之中；文章阐述了构建机器人双目立体视觉测距系统的方法，并运用Ｌａｂｖｉｅｗ对所设计的系统加以实现；完成了图像的采集、预处理和边缘检测；通过在Ｌａｂｖｉｅｗ中的Ｃ语言接口调用Ｃ算法程序，进行了物体特征识别和目标物体测距的算法实现；实验表明焦距、滤波算法和外围光源都会对测量结果会产生较大影响；在相同检测距离不同焦距时得到的检测精度会有一些偏差；并且加入低通滤波，可增加图像识别的精度，进而使特征点匹配和检测的精度都有所提高，对提高系统的检测精度具有实际意义。关键词：移动机器人；图像识别；测距；双目立体视觉Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｏｂｏｔｉｃ　Ｂｉｎｏｃｕｌａｒ　Ｖｉｓｕａｌ　ＤｉｓｔａｎｃｅＭｅａｓｕｒｉｎｇ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＺｈａｎｇ　Ｐｅｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｊｉｎｌｅｉ，Ｚｈａｏ　Ｈｏｎｇ（Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏｂｏｔ　ｖｉｓｉｏｎ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｂｏｔ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍａｉｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｒｏｂｏｔ　ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｂｕｉｌｄ　ａ　ｒｏｂｏｔ　ｂｉｎｏｃｕｌａｒ　ｓｔｅｒｅｏ　ｖｉｓｕａｌ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｕｓｅｓ　Ｌａｂｖｉｅｗ　ｔｏｏｌ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ａ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍａｇｅ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｐｒｅ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｍａｇｅ　ｅｄｇｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　Ｃ　ｌａｎｇｕａｇｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｉｎ　Ｌａｂｖｉｅｗ，Ｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｏｂｊｅｃｔ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｉｄｅｎｔｉｆｙ　ａｎｄ　ｔａｒｇｅｔ　ｏｂｊｅｃｔｓ　ｒａｎｇｉｎｇ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｏｃａｌ　ｌｅｎｇｔｈ，ｔｈｅ　ｆｉｌｔｅｒ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｈａｖｅ　ａ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈｓ　ｈａｓ　ａ　ｆｅｗ　ｏｆ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎ．Ａｎｄ　ａｄｄｉｎｇ　ａ　ｌｏｗ－ｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　ｃａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍａｇｅ．Ｔｈｅｎ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｐｏｉｎｔｓｍａｔｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｈａｖｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｏｂｉｌｅ　ｒｏｂｏｔｓ；ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ；ｂｉｎｏｃｕｌａｒ　ｓｔｅｒｅｏ　ｖｉｓｉｏｎ０　引言机器人视觉又称为计算机视觉，是一门研究通过图像数据观察世界的学科。机器人借助各种传感装置（如摄像头，声纳，里程计，光电编码器等）获取周围场景的图像信息，以感知和恢复周围的三维环境中的物体的几何形态、颜色、相对位置、安放姿态和运动等信息，并通过对客观世界的描述，感知和解释，经过机器人智能运算完成需要完成的任务［１］。机器人的双目立体视觉技术是基于模仿人眼与人类视觉的立体感知过程，从两个视点观察同一景物，以获取不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差，以获取景物的三维信息。双目视觉技术在机器人的定位导航、避障、地图构建和测距等方面得到了应用。１　双目立体视觉的系统组成双目立体视觉是对同一目标的两幅图像提取、识别、匹配和解释，重建三维环境信息的过程。双目视觉系统通常由图像采集、摄像机定标、图像预处理、立体匹配和深度图生成等五大部分组成。图像采集即通过光学镜头或红外，超声、Ｘ射线等对周围场景和物体进行探测成像，得到关于场景和物体的二维或三维数字图像［２］。空间点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的，而这些几何模型参数就是摄像机参数，求解这些参数的过程为摄像机定标［３］。图像预处理是对原始图像进行处理，例如图像滤波、图像增强、边缘检测等，以便从图像中抽取诸如焦点，边缘，线条，边界以及色彩等关于成像的基本特征［４］。立体匹配是寻找同一空间景物在不同视点下投影图像中像素间的一一对应关系，从立体匹配实现的技术上考虑，立体匹配可以分为基于区域的匹配和基于特征的匹配。深度图生成即是深度信息的可视化过程。２　双目立体视觉测距算法双目立体视觉三维测量是通过计算空间点在两幅图像中的视差来获取景物的三维坐标值。设空间一点Ｐ在世界坐标系下的坐为（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１），假设两个相同的平行放置的摄像机镜头光心距离为Ｂ，摄像焦距为ｆ，成像模型如图１所示，摄像机坐标系的原点Ｏ与左摄像机光心Ｏ１重合，ｘ１—ｙ与ｘ２— ｙ为两成像平面，因水平轴同线，所以Ｙ轴相同［５］。以立体空间的一个投影面为例，若左右摄像头成像点坐标分别为（ｘ１，ｙ），（ｘ２，ｙ），那么该点成像平面如图２所示［６］。通过图２可知在深度ｄ为：ｄ＝Ｂｆｘ２－ｘ１（１）据此原理，则可推导出３个投影面坐标：

基于双目立体视觉三维重建系统的制作流程

本技术公开了一种基于双目立体视觉三维重建系统，涉及三维重建系统技术领域；机箱的底部四角处均固定安装有行走轮，机箱的内部分别固定安装有蓄电池与处理计算机，机箱的上端分别固定安装有显示器与安装架，安装架上通过轴承座固定安装有主轴，主轴的下端固定安装有安装齿轮，安装齿轮与驱动齿轮相啮合，驱动齿轮固定安装有驱动电机的轴上，驱动电机通过螺栓安装在安装架上，主轴的上端固定安装有连接轴，连接轴为横向设置，连接轴的两端固定安装有双摄像头，连接轴的中上端固定安装有照明灯；本技术能够实现快速控制，稳定性高，且控制准确，操作简便，能够节省时间；使用方便，结构简单，且效率高，能够在检测时进行补光。技术要求

1.一种基于双目立体视觉三维重建系统，其特征在于：包括机箱、行走轮、蓄电池、处理计算机、显示器、安装架、驱动齿轮、驱动电机、安装齿轮、主轴、连接轴、双摄像头、照明灯；机箱的底部四角处均固定安装有行走轮，机箱的内部分别固定安装有蓄电池与处理计算机，机箱的上端分别固定安装有显示器与安装架，安装架上通过轴承座固定安装有主轴，主轴的下端固定安装有安装齿轮，安装齿轮与驱动齿轮相啮合，驱动齿轮固定安装有驱动电机的轴上，驱动电机通过螺栓安装在安装架上，主轴的上端固定安装有连接轴，连接轴为横向设置，连接轴的两端固定安装有双摄像头，连接轴的中上端固定安装有照明灯，蓄电池通过导线与处理计算机、显示器的电源端电连接，双摄像头通过导线与处理计算机的输入端电连接，处理计算机的输出端分别与驱动电机、照明灯电连接，显示器与处理计算机的输入、输出端电连接。 2.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉三维重建系统，其特征在于：所述显示器为触摸式显示屏。 3.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉三维重建系统，其特征在于：所述行走轮为减震式万向行走轮。 4.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉三维重建系统，其特征在于：所述驱动电机为低速电机。 5.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉三维重建系统，其特征在于：所述照明灯为LED灯。技术说明书一种基于双目立体视觉三维重建系统技术领域本技术属于三维重建系统技术领域，具体涉及一种基于双目立体视觉三维重建系统。背景技术

双目视觉成像原理讲解学习

双目视觉成像原理

双目视觉成像原理 1.引言双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别，使我们可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，我们称作视差(Disparity)图。双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，非常适合于制造现场的在线、非接触产品检测和质量控制。对运动物体（包括动物和人体形体）测量中，由于图像获取是在瞬间完成的，因此立体视觉方法是一种更有效的测量方法。双目立体视觉系统是计算机视觉的关键技术之一，获取空间三维场景的距离信息也是计算机视觉研究中最基础的内容。2.双目立体视觉系统立体视觉系统由左右两部摄像机组成。如图一所示，图中分别以下标L和r标注左、右摄像机的相应参数。世界空间中一点A(X，Y，Z)在左右摄像机的成像面C L和C R上的像点分别为al(ul，vl)和ar(ur，vr)。这两个像点是世界空间中同一个对象点A的像，称为“共轭点”。知道了这两个共轭像点，分别作它们与各自相机的光心Ol和Or的连线，即投影线alOl和arOr，它们的交点即为世界空间中的对象点A(X，Y，Z)。这就是立体视觉的基本原理。

图1：立体视觉系统 3.双目立体视觉相关基本理论说明 3．1 双目立体视觉原理双目立体视觉三维测量是基于视差原理，图2所示为简单的平视双目立体成像原理图，两摄像机的投影中心的连线的距离，即基线距为b 。摄像机坐标系的原点在摄像机镜头的光心处，坐标系如图2所示。事实上摄像机的成像平面在镜头的光心后，图2中将左右成像平面绘制在镜头的光心前f 处，这个虚拟的图像平面坐标系O1uv 的u 轴和v 轴与和摄像机坐标系的x 轴和y 轴方向一致，这样可以简化计算过程。左右图像坐标系的原点在摄像机光轴与平面的交点O1和O2。空间中某点P 在左图像和右图像中相应的坐标分别为P1(u1,v1)和P2(u2,v2)。假定两摄像机的图像在同一个平面上，则点P 图像坐标的Y 坐标相同，即v1=v2。由三角几何关系得到: c c 1z x f u = c c 2z ）b -x （f u = v 1 c c 21z y f v v ==

基于OpenCV的双目立体视觉测距

基于OpenCV的双目立体视觉测距基于OpenCV的双目立体视觉测距论文导读:: 双目立体视觉模型。摄像机标定。立体匹配采用OpenCV库中的块匹配立体算法。目前的测距方法主要有主动测距和被动测距两种方法。论文关键词: 双目立体视觉，摄像机标定，立体匹配，测距 (一)引言基于计算机视觉理论的视觉测距技术是今后发展的一个重要方向，它在机器人壁障系统、汽车导航防撞系统等领域有着广泛的应用前景。目前的测距方法主要有主动测距和被动测距两种方法。论文采用的是被动测距法。被动测距法是在自然光照条件下，根据被测物体本身发出的信号来测量距离，主要包括立体视觉测距法、单目测距法、测角被动测距法等。立体视觉测距法是仿照人类利用双目感知距离信息的一种测距方法，直接模拟人的双眼处理景物，简便可靠，但该方法的难点是选择合理的匹配特征和匹配准则。双目立体视觉系统采用两台摄像机同时从两个不同视点获取同一景物的多幅图像，即立体图像对，通过测量景物在立体图像对中的视差，再利用双目视觉成像原理就可以计算出目标到摄像机的距离。立体匹配采用OpenCV库中的块匹配立体算法，在得到摄像机参数和匹配点后再利用最小二乘法即可算出三维信息。 (二)双目立体视觉模型首先介绍双目视觉所涉及到三个坐标系: 世界坐标系、摄像机坐标系和图像坐标系。世界坐标系中的点坐标记为，摄像机坐标系用表示。图像坐标为摄像机所拍摄到的图像的二维坐标，一般有两种表示方法:

是以像素为单位的图像坐标，是以毫米为单位的图像坐标。建立以毫米为单位的图像坐标是因为坐标只表示了像素在数字图像中的行数和列数，并没有表示出该像素在数字图像中的物理位置论文范文。图1为平行双目视觉模型，即参数相同的两个摄像机平行放置，两光轴互相平行且都平行于z 轴，x 轴共线摄像机标定，两摄像机光心的距离为 B(即基线距)。图中O 1、O2为左右两摄像机的焦点，I1 、I2为左右摄像机的像平面，P1 、P2 分别是空间点P在左右像平面上的成像点，f是摄像机的焦距。若视差d 定义为?P1- P2?,则点P到立体视觉系统的距离为: 图1 平行双目视觉模型 (三)摄像机标定摄像机标定是为了建立三维世界坐标与二维图像坐标之间的一种对应关系。系统采用两个摄像机进行图像采集，设定好两个摄像机之间的距离(即基线距)，用摄像机同时采集放在摄像机前的标定物。摄像机标定采用的是张正友的标定方法，棋盘格大小为30mm30mm，角点数为117。标定板的规格如图2所示。图2 平面标定板规格张正友的标定方法需要摄像机从不同角度拍摄标定板的多幅图像。由于两个摄像机是向前平行放置的，且基线距固定，所以只需摆放标定板的位置变化即可。摄像机为针孔成像模型，则空间点与图像点之间的映射关系为: 为方便计算，使标定板所在平面的Z坐标均为0，即Z=0的平面，则上式可变为: 其中，A为摄像机的内参矩阵，为摄像机外参矩阵，s为尺度因子。令,,则上式可写为: 其中，为透视投影矩阵，它是标定板上的点和其像点之间的映射。在已知空间点和其对应像点后，可根据最小二乘方程，采用Levenberg-Marquardt算法求解

一种快速双目立体匹配方法

邮局订阅号：82-946120元/年技术创新软件时空《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注一种快速双目立体匹配方法 A Fast Stereo Matching Method for Binocular Images (苏州大学) 梅金燕龚声蓉赵勋杰 MEI Jin-yan GONG Sheng-rong ZHAO Xun-jie 摘要:在双目立体视觉中立体匹配是关键技术之一。为了提高匹配速度,提出一种新的立体匹配方法。首先根据极线约束条件限定同名点搜索区域,然后在极线约束区域使用活动轮廓分割出物体区域,进一步缩小匹配点搜索范围。在匹配算法方面,使用了邻域差值模板匹配方法。实验证明,提出的方法能够显著地提高匹配速度,并有较好的匹配精度。关键词:立体匹配;极线约束;活动轮廓;领域差值模板中图分类号:TP391文献标识码:A Abstract:Stereo matching is crucial for the distance measurement with binocular stereo system.Since the two cameras are hardly to be strictly parallel,matching based on epipolar constraint can not be applied directly.Analysing the system ’s module,a new mach -ing method was proposed in this paper.Firstly,the correct loaction area was selected based on the epipolar constraint.Secondly,the background was excluded out of the former area by active counter model.Finaly,the corresponding point is matched via feature tem -plate which is formed of neighborhood difference.The experimental results show that the proposed algorithm can improve stereo matching speed and it is more effective in the situation of detecting more than one point on the surface of the same object.Key words:Stereo matching;Epipolar constraint;Active counter;Neighborhood difference template 文章编号:1008-0570(2012)10-0415-03 引言双目立体视觉是计算机视觉的一个重要分支,它是一种由两幅图像获取物体三维几何信息的方法。它利用两个摄像机对同一景物从不同的视角成像,然后根据视差和投影模型来获取景物的三维信息。双目立体视觉由于直接模拟了人类双眼视觉的生理构造,因此,在许多领域有着广阔的应用前景,如微操作系统的位姿检测与控制、机器人导航与航测、三维测量学及虚拟现实等。在双目立体视觉中,通过立体匹配方法寻找空间同一物点在左、右两幅图像上对应的投影点(同名点)进而获得视差。立体匹配方法大体可以分为基于区域灰度和基于特征两类匹配方法。基于区域灰度的匹配方法简单,容易实现,但对于左图像中的每一像点,都要与右图像中所有点进行相关运算,计算量大,实时性差,且对光照因素比较敏感。通过极线约束,可以沿物点对应极线搜索同名点,将二维搜索限制到一维搜索,提高匹配的速度。但是,在两图极线不平行时这种匹配方法不适合。针对这种情况,文献对整个图像平面投影进行校正,使两个图像重投影后极线平行,对校正后的图像进行相关匹配。然而,平面投影校正忽略了极线的方向性,在极点距离图像较近时图像失真严重,方法比较复杂。文献提出了基于极线局部校正的匹配算法,使基于灰度的匹配方法可以得到有效的应用,然而,该方法匹配时间较长,效率较低。文献在分析双目成像形成极线约束的基础上,从行和列两个方向上缩小第二幅图像待匹配特征点坐标的搜索范围,提高了匹配速度,但是搜索范围通常包括前景和后景,匹配正确与否易受后景影响。针对上述问题,本文提出了一种快速立体匹配方法。首先根据极线约束限定同名点搜索区域,然后通过检测物体轮廓去除背景区域,进一步约束搜索区域。最后,采用邻域差值模板进行匹配,将特征匹配和区域匹配两种方法结合起来,减小光照因素的影响。 1极线约束原理在如图1所示的双目立体视觉系统中,假设三维空间点P 是两个摄像机均可见的空间场景物上的一点,点P 在光心点为 C L 和C R 相机像面I L 、I R 上的投影分别为P L 、P R ,由光心、像点和空间点形成的平面称为极平面。两光心连线与像平面的交点分别为E L 、E R 。极平面与左像面I L 的交线P L E L 图1双目立体视觉中的极线几何关系称为点P R 在图像I L 中的极线,交线P R E R 也有同样的定义。无论与P L 对应的P 点距离远近,它在右图上的投影点总是在P L 的极线P R E R 上。对于任意P L ,只需要在它的极线上寻找对应点 P R ;反之亦然。这是双目视觉的一个重要特点,称之为极线约束。通过极线约束,我们可以由一个投影点知道其对应的极线,但不知道它对应点的具体位置,即极限约束是点与直线的对应,而不是点与点的对应。尽管如此,极限约束给出了对应点重要的约束条件,它将对应点匹配从整幅图像寻找限定在一条直线上需找对应点。因此,极大地减小了搜索地范围,对点的匹配具有梅金燕:硕士研究生基金项目:基金申请人:龚声蓉;项目名称:基于二型模糊概率图模型的多摄像头目标检测研究;基金颁发部门:国家自然科学基金委员会(61170124) 415--

双目视觉的图像立体匹配系统-说明文档

双目视觉的图像立体匹配系统文档 1 引言计算机视觉技术的发展将光与影的艺术和计算机的逻辑性紧密结合起来，而双目立体视觉技术更将这种结合从平面二次元上升到立体的角度，为我们的生产生活提供了新的技术和工具，例如已经被普遍运用的3D电影技术，研发中的虚拟现实、谷歌视觉眼镜、汽车自动驾驶技术，即将上市的淘宝虚拟实景购物等，不断改变着我们的生活，另外双目立体视觉在军事、医学、工业等领域都有其重要的作用，是机器感知物体几何层级的基础，因此对双目视觉的理论研究成为推动立体视觉乃至计算机视觉技术在各个领域创造更高价值的重要因素。在双目视觉的研究和运用中，最重要的一个阶段无疑为将平面图像转化为可计算机可识别的立体模型，这里将用到立体匹配技术，目前双目视觉研究领域用到的立体匹配算法及其衍生算法有很多种，算法的效率和匹配精度将直接影响到算法运用的响应时间和准确度[1]，当今各种视觉智能设备的发展需要将立体匹配过程直接嵌入到单片机中，这种场景下，算法的效率和匹配精度将直接决定不同运算性能的嵌入式设备的选择和产品推广后的用户体验度，也将直接决定设备成本，因此研究出更加速度快、精度高的立体匹配算法在各领域都具有划时代的重要意义。 2 系统方案设计 2.1 双目视觉的图像立体匹配系统说起立体视觉系统，要从人的双眼说起，人眼是一个典型的双目视觉系统，每只眼睛是一个摄像机，两只平行的眼睛是两台平行的摄像机，因为两只眼睛的位置不同，看到的图像是有差异的，这个差异就是立体视觉的基础，视觉信号传入大脑，大脑利用其强大的匹配能力，就可以基本确定图像中的物体的立体信息，或者叫做图像的深度信息。随着人们知识和生产生活的发展，需要通过仿真立体视觉的原理，让计算机获取到图像从2D向3D发展，即获取图像的深度信息，以实现一些和空间视觉有关的需求，这就出现了机器立体视觉技术。

双目立体视觉

双目立体视觉双目立体视觉的研究一直是机器视觉中的热点和难点。使用双目立体视觉系统可以确定任意物体的三维轮廓，并且可以得到轮廓上任意点的三维坐标。因此双目立体视觉系统可以应用在多个领域。现说明介绍如何基于HALCON实现双目立体视觉系统，以及立体视觉的基本理论、方法和相关技术，为搭建双目立体视觉系统和提高算法效率。双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并由多幅图像获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉系统一般由双摄像机从不同角度同时获得被测物的两幅数字图像，或由单摄像机在不同时刻从不同角度获得被测物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体的三维几何信息，重建物体三维轮廓及位置。双目立体视觉系统在机器视觉领域有着广泛的应用前景。 HALCON是在世界范围内广泛使用的机器视觉软件。它拥有满足您各类机器视觉应用需求的完善的开发库。HALCON也包含Blob分析、形态学、模式识别、测量、三维摄像机定标、双目立体视觉等杰出的高级算法。HALCON支持Linux和Windows，并且可以通过C、C++、C#、Visual Basic和Delphi 语言访问。另外HALCON与硬件无关，支持大多数图像采集卡及带有DirectShow和IEEE 1394驱动的采集设备，用户可以利用其开放式结构快速开发图像处理和机器视觉应用软件。一．双目立体视觉相关基本理论说明 1．1 双目立体视觉原理双目立体视觉三维测量是基于视差原理，图1所示为简单的平视双目立体成像原理图，两摄像机的投影中心的连线的距离，即基线距为b。摄像机坐标系的原点在摄像机镜头的光心处，坐标系如图1所示。事实上摄像机的成像平面在镜头的光心后，图1中将左右成像平面绘制在镜头的光心前f处，这个虚拟的图像平面坐标系O1uv的u轴和v轴与和摄像机坐标系的x轴和y轴方向一致，这样可以简化计算过程。左右图像坐标系的原点在摄像机光轴与平面的交点O1和O2。空间中某点P在左图像和右图像中相应的坐标分别为P1(u1,v1)和P2(u2,v2)。假定两摄像机的图像在同一个平面上，则点P图像坐标的Y坐标相同，即v1=v2。由三角几何关系得到: 上式中（xc，yc，zc）为点P在左摄像机坐标系中的坐标，b为基线距，f为两个摄像机的焦距，（u1，v1）和（u2，v2）分别为点P在左图像和右图像中的坐标。视差定义为某一点在两幅图像中相应点的位置差: 图1 双目立体成像原理图图3 一般双目立体视觉系统原理图

双目立体视觉技术简介

双目立体视觉技术简介 1. 什么是视觉视觉是一个古老的研究课题，同时又是人类观察世界、认知世界的重要功能和手段。人类从外界获得的信息约有75%来自视觉系统，用机器模拟人类的视觉功能是人们多年的梦想。视觉神经生理学，视觉心里学，特别是计算机技术、数字图像处理、计算机图形学、人工智能等学科的发展，为利用计算机实现模拟人类的视觉成为可能。在现代工业自动化生产过程中，计算机视觉正成为一种提高生产效率和检验产品质量的关键技术之一，如机器零件的自动检测、智能机器人控制、生产线的自动监控等;在国防和航天等领域，计算机视觉也具有较重要的意义，如运动目标的自动跟踪与识别、自主车导航及空间机器人的视觉控制等。人类视觉过程可以看作是一个从感觉到知觉的复杂过程，从狭义上来说视觉的最终目的是要对场景作出对观察者有意义的解释和描述；从广义上说，是根据周围的环境和观察者的意愿，在解释和描述的基础上做出行为规划或行为决策。计算机视觉研究的目的使计算机具有通过二维图像信息来认知三维环境信息的能力，这种能力不仅使机器能感知三维环境中物体的几何信息(如形状、位置、姿态运动等)，而且能进一步对它们进行描述、存储、识别与理解，计算机视觉己经发展起一套独立的计算理论与算法。 2. 什么是计算机双目立体视觉双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别，使我们可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，我们称作视差(Disparity)图像，如图一。图一、视差（Disparity）图像双目立体视觉测量方法具有效率高、精度合适、系统结构简单、成本低等优点，非常适合于制造现场的在线、非接触产品检测和质量控制。对运动物体（包括动物和人体形体）测量中，由于图像获取是在瞬间完成的，因此立体视觉方法是一种更有效的测量方法。双目立体视觉系统是计算机视觉的关键技术之一，获取空间三维场景的距离信息也是计算机视觉研究中最基础的内容。双目立体视觉的开创性工作始于上世纪的60年代中期。美国MIT的Roberts通过从数字图像中提取立方体、楔形体和棱柱体等简单规则多面体的三维结构，并对物体的形状和空间关系

基于HALCON的双目立体视觉系统实现

基于HALCON的双目立体视觉系统实现段德山（大恒图像公司）摘要双目立体视觉的研究一直是机器视觉中的热点和难点。使用双目立体视觉系统可以确定任意物体的三维轮廓，并且可以得到轮廓上任意点的三维坐标。因此双目立体视觉系统可以应用在多个领域。本文将主要介绍如何基于HALCON实现双目立体视觉系统，以及立体视觉的基本理论、方法和相关技术，为搭建双目立体视觉系统和提高算法效率提供了参考。关键词双目视觉三维重建立体匹配摄像机标定视差双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并由多幅图像获取物体三维几何信息的方法。双目立体视觉系统一般由双摄像机从不同角度同时获得被测物的两幅数字图像，或由单摄像机在不同时刻从不同角度获得被测物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体的三维几何信息，重建物体三维轮廓及位置。双目立体视觉系统在机器视觉领域有着广泛的应用前景。 HALCON是在世界范围内广泛使用的机器视觉软件。它拥有满足您各类机器视觉应用需求的完善的开发库。HALCON也包含Blob分析、形态学、模式识别、测量、三维摄像机定标、双目立体视觉等杰出的高级算法。HALCON支持Linux和Windows，并且可以通过C、C++、C#、Visual Basic和Delphi语言访问。另外HALCON与硬件无关，支持大多数图像采集卡及带有DirectShow和IEEE 1394驱动的采集设备，用户可以利用其开放式结构快速开发图像处理和机器视觉应用软件。一．双目立体视觉相关基本理论介绍

1．1 双目立体视觉原理双目立体视觉三维测量是基于视差原理，图1所示为简单的平视双目立体成像原理图，两摄像机的投影中心的连线的距离，即基线距为b。摄像机坐标系的原点在摄像机镜头的光心处，坐标系如图1所示。事实上摄像机的成像平面在镜头的光心后，图1中将左右成像平面绘制在镜头的光心前f处，这个虚拟的图像平面坐标系O1uv的u轴和v轴与和摄像机坐标系的x轴和y轴方向一致，这样可以简化计算过程。左右图像坐标系的原点在摄像机光轴与平面的交点O1和O2。空间中某点P在左图像和右图像中相应的坐标分别为P1(u1,v1)和P2(u2,v2)。假定两摄像机的图像在同一个平面上，则点P图像坐标的Y坐标相同，即v1=v2。由三角几何关系得到：上式中（xc，yc，zc）为点P在左摄像机坐标系中的坐标，b为基线距，f为两个摄像机的焦距，（u1，v1）和（u2，v2）分别为点P在左图像和右图像中的坐标。视差定义为某一点在两幅图像中相应点的位置差：

双目立体视觉

计算机双目立体视觉双目立体视觉技术是仿照人类利用双目线索感知深度信息的方法，实现对三维信息的感知。为解决智能机器人抓取物体、视觉导航、目标跟踪等奠定基础。双目立体视觉（Binocular Stereo Vision ）是机器视觉的一种重要形式，它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点之间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法。融合两只眼睛获取的图像并观察它们之间的差别，使我们可以获得明显的深度感，建立特征间的对应关系，将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来，这个差别，我们称作为视差（Disparity ）图像。双目立体视觉系统立体视觉系统由左右两部摄像机组成，如图，世界空间中的一点A(X,Y ,Z)在左右摄像机的成像面1C 和r C 上的像点分别为）（111,v u a 和）（r r r v u a ,。这两个像点是世界空间中同一个对象点A 的像，称为“共轭点”。知道了这两个共轭像点，分别作它们与各自相机的光心1O 和r O 的连线，即投影线11O a 和r r O a ，它们的交点即为世界空间中的对象点A 。这就是立体视觉的基本原理。双目立体视觉智能视频分析技术恢复场景的3D 信息是立体视觉研究中最基本的目标，为实现这一目标，一个完整的立体视觉系统通常包含六个模块：图像获取、摄像机标定、特征提取、立体匹配、三维恢复和视频

分析（运动检测、运动跟踪、规则判断、报警处理）。图像获取（Image Acquisition ）数字图像的获取是立体视觉的信息来源。常用的立体视觉图像一般为双目图像，有的采用夺目图像。图像的获取方式有很多种，主要有具体运用的场合和目的决定。立体图像的获取不仅要满足应用要求，而且考虑视点差异、光照条件、摄像机的性能和场景特点等方面的影像。摄像机标定（Camera Calibration ）图像上每一点的亮度反映了空间物体表面某点反射光的强度，而该点在图像上的位置则与空间物体表面相应点的几何位置有关。这些位置的相互关系由摄像机成像几何模型来决定。该几何模型的参数称为摄像机参数，这些参数必须由实验与计算来确定，实验与计算的过程称为摄像机定标。立体视觉系统摄像机标定是指对三维场景中对象点在左右摄像机图像平面上的坐标位置）（111,v u a 和）（r r r v u a ,与其世界空间坐标A （X, Y , Z ）之间的映射关系的确立，是实现立体视觉三维模型重构中基本且关键的一步。特征提取（Feature Acquisition ）特征提取的目的是获取匹配得以进行的图像特征，图像特征的性质与图像匹配的方法选择有着密切的联系。目前，还没有建立起一种普遍适用的获取图像特征的理论，因此导致了立体视觉研究领域中匹配特征的多样化。像素相位匹配是近二十年才发展起来的一类匹配算法。相位作为匹配基元，本身反映着信号的结构信息，对图像的高频噪声有很好的一直作用，适于并行处理，能获得亚像素级精度的致密视差。但存在相位奇点和相位卷绕的问题，需加入自适应滤波器解决。或者是像素的集合，也可以是它们的抽象表达，如图像的结构、图像的目标和关系结构等。常用的匹配特征主要有点状特征、线装特征和区特征等几种情形。一般而言，尺度较大的图像特征蕴含较多的图片信息，且特征本身的数目较少，匹配效率高；但特征提取和描述过程存在较大的困难，定位精度也较差。而对于尺度较小的图像特征来说，对其进行表达和描述相对简单，定位的精度高；但由于特征本身数码较多，所包含的图像信息少，在匹配时需要采用较为严格的约束条件和匹配策略，一尽可能的减少匹配歧义和提高匹配效率。总的来说，好的匹配特征应该具有要可区分性、不变性、唯一性以及有效解决匹配歧义的能力。图像匹配（Image Matching ）在立体视觉中，图像匹配是指将三维空间中一点A （X, Y , Z ）在左右摄像机的成像面1C 和r C 上的像点）（111,v u a 和）（r r r v u a ,对应起来。图像匹配是立体视觉中最重要也是最困难的问题，一直是立体视觉研究的焦点。当空间三维场景经过透视投影（Perspective Projection ）变换为二维图像时，同一场景在不同视点的摄像机图像平面上成像会发生不同程度的扭曲和变形，而且场景中的光照条件、被测对象的几何形状和表面特性、噪声干扰和畸变、摄像机特性等诸多因素的影响都被集中体现在单一的图像灰度值中。显然，要包含了如此之多不利因素的图像进行精准的匹配是很不容易的。

双目立体视觉中的三维重建

西安邮电大学毕业设计（论文）题目：双目立体视觉中的三维重建系别：自动化学院专业：测控技术与仪器班级：测控0802班学生姓名：吕海斌（07）导师姓名：江祥奎职称：讲师起止时间：2012年3月8日至2012年6月20

诚信声明书本人声明：我将提交的毕业论文《双目立体视觉中的三维重建》是我在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明：有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我再论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢中加以说明并深致谢意。论文作者吕海斌时间：2012年6 月7 日指导教师已阅时间：年月日

西安邮电大学毕业设计(论文)任务书学生姓名吕海斌指导教师江祥奎职称讲师院别自动化学院专业测控0802 题目双目立体视觉中的三维重建任务与要求本题目要求在搭建双目立体视觉平台的基础上，通过OpenGL和MATLAB联合编程实现三维重建功能。具体任务分解如下： 1．查找文献，学习和掌握三维重建方法； 2．完成三维重建的MATLAB编程，并对实验数据进行相关分析；3．通过OpenGL，实例编程实现三维重建； 4．通过OpenGL和MATLAB联合编程，完成三维重建；开始日期2011年12月10日完成日期2012年6月25日院长(签字) 2012 年12 月日

西安邮电大学毕业设计 (论文) 工作计划学生姓名__吕海斌_指导教师__江祥奎__职称__讲师_ 院别____自动化学院____专业____测控0802___ 题目_____ 双目立体视觉中的三维重建工作进程