三维立体画原理和观看方法

三维立体画是利用人眼立体视觉现象制作的绘画作品。普通绘画和摄影作

品,包括电脑制作的三维动画,只是运用了人眼对光影、明暗、虚实的感觉得到

立体的感觉,而没有利用双眼的立体视觉,一只眼看和两只眼看都是一样的。充

分利用双眼立体视觉的立体画,将使你看到一个精彩的世界。

一、立体视觉和立体画原理

人有两只眼,两只眼有一定距离,这就造成物体的影象在两眼中有一些差异,

见右图,由图可见,由于物体与眼的距离不同,两眼的视角会有所不同,由于视

角的不同所看到是影象也会有一些差异,大脑会根据这种差异感觉到立体的景

象。

三维立体画就是利用这个原理,在水平方向生成一系列重复的图案,当这些图案在两只眼中重合时,就看到了立体的影象。参见下图,这是一幅不能再简单的立体画了。图中最上一行圆最远,最下一行圆最近,请注意:最上一行圆之间距离最大,最下一行圆之间距离最小。

这是怎么发生是呢?让我们再看下图,从图中我们可以看到,重复图案的距离决定了立体影象的远近,生成三维立体画的程序就是根据这个原理,依据三维影象的远近,生成不同距离的重复图案。

二、立体画的观看

如果你现在还不会看立体画,是不是已经很着急了,下面我将介绍怎样看立体画。

立体画有两种形式:第一种是由相同的图案在水平方向以不同间隔排列而成,看起来是远近不同的物体,请看下图。这样的立体画可用任意一种图象处理软件制作,如Photoshop、Windows画笔等,你也可以一试。

另一种立体画较复杂,在这种立体画上你不能直接看到物体的形象,画面上只有杂乱的图案,制作这样的立体画只有使用程序了,我为此编写了一些程序,有C和QBASIC的源程序,请看自制立体画和程序下载。两种作品看法是一样的,原理都是使左眼看到左眼的影象,让右眼看到右眼的影象,(有人说了:你这不是废话吗?)听我说具体的方法:当你看立体画时,你要想象你在欣赏玻璃橱窗中的艺术品,也就是说你不要看屏幕上的立体画,而要把屏幕看成是玻璃橱窗的玻璃,你要看的是玻璃之内的影象。

三、两点练习法

请把下图上方的两点作为目标,先使眼睛休息片刻,然后象眺望远方那样,用稍模糊的视线瞄准两点,就会看从两点各自分离出另外两个点,然后调整视线,试图将里面两个点合成一点,当四点变为三点时,你便会看到立体图象。

四、另一种观看方法

从电脑上看费劲的话,可以这样,如果画面上标有两点(如没有,可以通过仔细观看,在横向上,相隔约3-5厘米,就有相同的图案,如两个相同颜色和大小的点等),那么可以用两个颜色深点的线垂直粘在显示器屏幕的上面(可以进入屏幕少许),使两条线垂直并分别与两点相连。然后,在显示器后面上方放个小东西做参照物,沿显示器上边沿来看参照物,前后移动眼睛的焦点,使左眼、左线、参照物成一直线,右眼、右线、参照物成一直线,可以挡上一只眼调整,然后两眼看参照物,此时两条线就变成了三条,让视线沿中间的线爬进立体画面就看到了立体效果。

寄语:::会看了吗?还不会看!不要气馁,我的女儿在9岁就可看出来,何况您呢!如果还没看够,我的主页上还有好多立体画,如果你对如何生成立体画感兴趣请看自制立体画,上有一个我用Delphi编写的程序,可以自制立体画,对生成立体画程序的源代码感兴趣请看JA V A脚本立体画和程序下载栏目。

我编写的这个程序,可帮助你立即制作自己的立体画。请仔细阅读下面的说明:

1)下载程序3d.exe(350k),然后运行,点击安装按钮开始安装

2)程序默认安装在C:\v3d目录,然后自动运行立体画制作程序V3D.EXE。

3)文件3D.BMP 决定了立体画中三维影象的远近层次,我们叫做深度图, 图中越亮的地方越近,越暗的地方越远。可以用画图程序修改。(注意:图象的大小不能修改)

4)文件3DIN.BMP 是立体画的底纹图象。也可以任意修改(注意:图象的大小不能修改)

4)修改完成后就可按“制作”按钮制作立体画了,程序运行完成后生成一个文件3DOUT.BMP ,这就是我们自制的立体画。怎么样?简单吧!

注意事项:3D.BMP 和3DIN.BMP 的格式和大小千万不要修改, 但图象内容可根据你的创意任意修改;3DIN.BMP 因为要做立体画的底纹,所以不要使用有大面积色块的图象,否则三维影象将无法辨认;

此程序为免费软件(演示版),它生成的立体画只有16个层次,你有随意使用并复制的权利,但不可修改此程序。

数字测图原理和方法

《数字测图原理与方法》教学实习任务书 南京师范大学地理科学学院 2010年11月

一、前言 《数字测图原理与方法》教学实习是该课程教学的重要组成部分,是巩固和深化课堂所学知识的必要环节。通过实习培养学生理论联系实际、分析问题与解决问题的能力以及实际动手能力,使学生具有严格认真的科学态度、实事求是的工作作风、吃苦耐劳的劳动态度以及团结协作的集体观念。同时,也使学生在业务组织能力和实际工作能力方面得到锻炼,为今后从事测绘工作打下良好基础。 实习地点:南京师范大学仙林校区老北区。 实习时间:2010年11月16日-12月21日(共5周)。 实习成绩考核方面:实习态度、协作精神、观测记录、实习报告。 二、实习目的 1、熟练掌握全站仪的使用,掌握水平角、垂直角、距离的观测,坐标量测,数据记录与整理计算; 2、掌握水准仪的使用和水准测量记录与计算; 3、掌握数字测图的基本要求和成图过程; 4、掌握用全站仪进行小地区大比例尺数字测图的数据采集和计算机地形绘图的方法; 5、掌握测绘实习报告的编写。 三、实习任务 在为期五周的时间里,各小组测绘两幅 1:500比例尺的数字地形图。具体任务如下: 1、布设图根控制导线,进行图根平面控制测量和图根水准高程控制测量,完成导线和水准路线的近似平差计算,得到碎部测量所需的控制点的平面和高程坐标,要在实习报告中提供平面控制测量和高程控制测量的平差计算表格。 2、进行数字测图的碎部数据采集(地物和地貌),在KeyStone(开思)环境下,依据地形图图式的要求,小组内各自完成两幅1:500比例尺的数字地形图的制作,并将两幅1:500地形图进行拼接成更大图幅的1幅地形图。

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)

数字测图原理与方法

数字测图原理与方法 一、比例尺的概念及比例尺的分类。 比例尺:图上长度与相应的实地水平长度之比,称为该图的比例尺。 比例尺的分类 ①小比例尺:1:25万、1:50万、1:100万 ②中比例尺:1:2.5万、1:5万、1:10万 ③大比例尺:1:500、1:1000、1:2000、1:5000、1:1万 二、白纸测图与数字测图的基本概念。 (1)白纸测图:传统的地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内的各种地物、地 貌(总称地形)的空间位置和几何形状进行测定,以一定的比例尺并按图式符号绘 制在图纸上,即通常所称的白纸测图。 (2)数字测图:广义地讲,生产数字地图的方法和过程就是数字测图。数字测图实质上 是一种全解析机助测图方法。它以计算机为核心,在相关输入输出设备的支持下,对地形空间数据进行采集、存贮、处理、输出和管理。 三、什么是大比例尺数字地图? 贮存在数据载体(磁带、磁盘或光盘)上的数字形式的大比例尺地图。 四、大比例尺数字地图的特点。 (1)以数字形式表示地图的内容。 (2)具有良好的现势性。 (3)以数字形式贮存的1:1的数字地图,不受比例尺和图幅的限制。 (4)具有较高的位置精度且精度均匀。 (5)为与空间位置有关的信息系统提供基础数据。 (6)地图的建立需要较大的费用和较长的时间。 (7)读写需要相应的软硬件的支持。 五、数字测图技术特点。 (1)精度高 (2)自动化程度高、劳动强度小 (3)更新方便、快捷 (4)便于保存与管理 (5)便于应用 (6)易于发布和实现远程传输 六、数字测图系统的工作过程及作业模式。 数字测图(digital surveying and mapping,简称DSM)系统是以计算机为核心,在外连输入输出设备硬、软件的支持下,对地形空间数据进行采集、输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统。 大比例尺数字测图分为三个阶段:数据采集、数据处理和地图数据的输出。 广义地理解数字测图系统:采集地形数据输入计算机,由机内的成图软件进行处理、成图、显示,经过编辑修改,生成符合国标的地形图,并控制数控绘图仪出图。 七、数字测图的数据采集方式有哪几种? ①地面数字测图法 ②地图数字化法 ③数字摄影测量法

3D立体显示技术综述

3D立体显示技术综述 Tuesday, May 24, 2011 09:44 引言 理想的视觉显示与日常经历中的场景对比,在质量、清晰度和范围方面应该是无法区分的,但是当前的技术还不支持这种高真实度的视觉显示。随着2009年底卡梅隆导演的《阿凡达》热映,三维立体(3D Stereo)显示技术成为目前火热的技术之一,通过左右眼信号分离,在显示平台上能够实现的立体图像显示。立体显示是VR虚拟现实的一个实现沉浸交互的方式之一,3D(3 dimensional)立体显示可以把图像的纵深,层次,位置全部展现,观察者更直观的了解图像的现实分布状况,从而更全面了解图像或显示内容的信息。 电影《阿凡达》热映的后时代,全民步入了3D立体的时代,随着技术的发展和对3D技术关注度的剧增,3D显示技术的普及化应用已进入紧锣密鼓的实用阶段。本文旨在介绍目前各种系统或设备对三维立体实现方式,推广三维立体的认知度。 1、3D立体显示原理 3D立体显示的基本原理如图表1所示。图中表示两眼光轴平行的情况,相当于两眼注视远处。内瞳距(IPD)是两眼瞳孔之间的距离。两眼空间位置的不同,是产生立体视觉的原因。F是距离人眼较近的物体B上的一个固定点。右面的两眼的视图说明,F点在视图中的位置不同,这种不同就是立体视差。人眼也可以利用这种视差,判断物体的远近,产生深度感。这就是人类的立体视觉,由此获得环境的三维信息。 人眼的另一种工作方式是注视近处的固定点F。这时两眼的光轴都通过点F。两个光轴的交角就是图中的会聚角。因为两眼的光轴都通过点F,所以F点在两个视图中都在中心点。这时,与F相比距离人眼更远或更近的其他点,会存在视差。人眼也可以利用这种视差,判断物体的远近,产生深度感。

Surfer画三维切片图

用Surfer 8画三维立体切片图 本软件是通过三维高密度电法反演软件(3D RES)反演出的模型电阻率来画等值线,把几个等值线堆叠在一起就形成立体切片图。具体步骤如下: 1.进入三维高密度电法反演软件的显示窗口,点击“文件”下的“打开反演结果”, 打开三维电阻率反演文件(3D-1.inv),再点击“文件”下的“输出为XYZ格式”,(即3D-1.xyz)。 2.运行Surfer 8程序,点击“文件”菜单下的“打开”

A 列为记录点的X 坐标 B 列为记录点的Y 坐标 C 列为记录点的深度Z 坐标 D 列为记录点的模型电阻率 E 列为记录点的模型电导率 数据到此

3.画水平XY切片图,此图是以几个不同深度的等值线组合成的三维图。 3.1 把深度为0.7米的X列Y列D列复制到新建的Surfer表格里面,保存为‘1.dat’这就是第一层的等值线数据,如下图所示: 3.2 把深度为2.205米的X列Y列D列复制到新建的Surfer表格里面,保存为‘2.dat’这就是第二层的等值线数据,如下图所示:

3.3 把深度为3.936米的X列Y列D列复制到新建的Surfer表格里面,保存为‘3.dat’这就是第三层的等值线数据。依此类推,有多少深度数据就可以做多少层等值线图,也可以根据自己要求随意组合不同的层。 3.4 把1---n的等值线数据网格,再调入在同一个图形文档里进行编辑。如下图:

3.5 按层的顺序从上到下排列好等值线图,再在“编辑”菜单里面点击“全选”对 齐所有的等值线。如下图: 3.6全部选中所有等值线,点击鼠标右键出现一个对话框,单击属性,在查看对话框里 调节倾斜为30度,投影选为透视。倾斜度可以随意的调整,只要看上去立体感较强就合适。如下图:

12数字测图原理与方法A (2)

西安科技大学 2010年硕士研究生入学考试试题 ─────────────────────────────────科目编号:829 科目名称:数字测图原理与方法 考生须知: 1、答案必须写在答题纸上,写在试题或草稿纸上不给分。 2、答题须用蓝、黑色钢笔或圆珠笔,用铅笔、红色笔者不给分。 3、答题必须写清题号,字迹要清楚,卷面要保持整洁。 4、试题要随答题纸一起交回。 一、名词解释(每小题5分,共25分): 1、数字测图系统 2、偶然误差 3、水平角 4、等高线 5、扫描数字化 二、简答题(每小题6分,共18分): 1、测量工作必须遵循的基本原则是哪两项?试简单说明遵循和坚持这两项原则的作用和意义。 2、从等高线的定义和相关推论,说明等高线有哪些特性? 3、地形图的测绘是测量人员的基本工作,应对大比例尺地形图的正方形标准分幅有正确的掌握。一张1:1000比例尺地形图的图纸面积大小是多少平方米?其表达的实地面积大小应为多少平方公里?而一张1:500比例尺地形图的图纸面积大小是多少平方米?其表达的实地面积大小应为多少平方公里?一张1:1000比例尺地形图的实地面积是一张1:500比例尺地形图实地面积的多少倍? 三、问答题(37分) 1、高斯正形投影是国家统一坐标系的投影方法,为控制长度变形,采用分带投影方式。已知某线路测量中A点高斯投影平面坐标系统的坐标为

x A=3667421.392m,y A=37632915.557m,H A=423.185m。试问(22分) ⑴高斯正形投影的两个基本条件是什么?(4分) ⑵高斯投影国家统一坐标系统采用哪两种分带方法?列出其中央子午线经度的计算公式。Y坐标为什么要加500km,且前面冠以带号?(8分) ⑶以A点为基准,问其投影变形是否满足《公路勘测规范》(投影变形≤ 2.5cm/km)的要求?如不满足,应如何建立独立坐标系(给出独立坐标系的建立方法,满足规范要求即可)?(10分) 2、矢量数据结构和栅格数据结构是模拟地形图空间信息的两种方式,请问栅格图像与适量图形的区别是什么?(15分) 四、下面的问题为2选1形式,2小题选择1个问题回答(25分)。 (一)计算题(15分) 1、用钢尺对某段距离进行6次等精度丈量,其结果为:358.515m,358.547 m,358.521 m,358.545 m,358.549 m,358.557 m。试计算该距离的算术平均值、观测值中误差及算术平均值中误差(开根号的最后结果可不计算)。(15分) 2、用J2型经纬仪,对一角观测了6测回,其结果为:172°36′38″(41″,49″,54″,57″,37″)。求算术平均值;观测值之中误差;算术平均值中误差(开根号的最后结果可不计算)。(15分) (二)分析题(10分) 1、地貌有哪些基本形态?各有什么特点?(10分) 2、水准测量中采用后-前-前-后的观测顺序,可以消除或减弱什么误差的影响?水准仪安置在前、后水准尺的中间,可以消除或减弱什么误差的影响?(10分) 五、下图1为一支导线测量,A、B为已知点,1、2、3为待定点,已知数据x A=3652148.327m,y A=36514382.516m,x B=3651759.583m,y B=36514646.289m 观测数据见图中表示。设测角中误差±8″,量边误差分别为m B1=±5mm,m12=±4mm,m23=±4mm,试进行以下计算。(20分)

三维立体显示技术发展现状与前景分析

三维立体显示技术现状分析与应用前景

目录 引言: (3) 1、三维立体技术概述 (3) 1.1、概念 (3) 1.2、特点 (3) 2、三维立体显示技术研究 (4) 2.1、眼镜式3D (4) 2.1.1、色差式 (4) 2.1.2、互补色 (4) 2.1.3、偏振光 (4) 2.1.4、时分式 (5) 2.2、裸眼式3D (5) 2.2.1、光屏障式 (5) 2.2.2、柱状透镜 (5) 2.2.3、指向光源 (6) 3、三维立体技术应用 (6) 3.1、应用范围 (6) 3.2、目前已存在的 (6) 4、三维立体技术发展存在的问题 (7) 4.1、技术壁垒 (7) 4.2、消费者体验 (7) 5、三维立体技术发展前景 (8) 【参考文献】 (8)

【摘要】本文主要介绍了3D立体技术在商业应用上的发展现状,以及其发展前景。首先介绍了3D立体技术的概念和相关特征,然后简要说明其分类和技术应用,主要介绍了在显示方面的技术,分析了其存在的技术壁垒、发展存在的问题和适用盲区,最后介绍了它的发展前景。 【关键词】3D立体技术显示技术眼睛式裸眼式现状分析发展前景 引言: 随着计算机技术和和网络技术的飞速发展,3D立体的应用研究也越来越受到广泛关注。它已然不止在高科技的商业上层出现,2008年北奥会开幕式的立体卷轴的设计,2010年欧洲出现了第一张3D报纸,同年在国际消费电子展上出现了3D电视,而电影《阿凡达》将全球影视视角提高到三维立体的角度,国内随后也有《龙门飞甲》的3D特效给观众带来了前所未有的体验。日本京都府精华町的东洋纺阪京研究所开发3D电子模特,也将3D技术应用到虚拟服装领域。目前,国内也出现了很多3D特效的商业广告,在昆明就有公交站台广告,一些整形医院也推出了一系列基于三维立体技术的平面广告,满足了消费者对整体或局部立体感的需求。这些都是三维立体技术在生活中的应用。 1、三维立体技术概述 1.1、概念 (1)、三维立体图:是一类能够让人从中感觉到立体效果的平面图像。观察这类图像通常需要采用特殊的方法或借助器材。 (2)、三维立体技术:利用先进的数码合成技术制作神奇三维立体,选择清晰的照片或底片将其扫描到电脑里,直接在电脑里利用专业的三维立体制图软件进行配图和数字处理,用高精度彩喷机打印出来,再用冷裱机装裱即可。 (3)、三维立体显示技术:将三维影像通过一定的手段显示出来,并被观众体验到的技术。 1.2、特点 (1)、视觉上层次分明色彩鲜艳,具有很强的视觉冲击力。 (2)、立体图给人以真实、栩栩如生,人物呼之欲出,有身临其境的感觉,有很高的艺术欣赏价值。 (3)、利用三维立体图像包装企业,使企业形象更加鲜明,突出企业实力和档次,增加影响力

立体显示技术简介

立体显示技术简介 陈 曦 (四川长虹电器股份有限公司多媒体产业公司四川绵阳 621000) 【 摘 要 】 传统显示技术只显示二维平面的信息,而立体显示技术显示的是物体的深度信息,它利用人眼的立体视觉特性来复现立体图像。本文将对立体显示技术的发展历程、显示原理、常见立体显示技术以及长虹立体显示产品开发历程进行初步的介绍。 【 关键词 】立体显示、光栅法、分时法、分光法 一、引子 随着显示技术的飞速发展,电视机产品正在进行更新换代,以LCD、PDP为代表的新一代高清数字平板显示设备迅速崛起并快速取代了传统的CRT显示设备。这些新的显示技术的应用推广,虽然让电视画面的清晰度和主观效果得到了大幅度的提高,但显示技术仍停留在二维平面显示阶段。 随着3D标准的制定、HDMI1.4版本的发布以及蓝光碟机对3D的支持,3D产业链正在形成。现代显示技术在继数字化、高清化之后,正开始迎来立体化的新一轮升级大发展。美国、日本、韩国等国家或地区纷纷开播3D电视,尤其是2010CES消费电子展上各厂家纷纷推出3D显示设备,以及电影《阿凡达》的上映,在全球迅速掀起3D热潮,包括长虹在内的各大电视厂家纷纷研发出3D电视并上市销售。本文将对立体显示技术的显示原理、常见立体显示技术以及长虹立体显示产品开发历程进行初步的介绍。 二、立体显示原理 研究人员发现,无论用两只眼睛还是只用一只眼睛观察物体均可以获得立体感觉。总的说来,立体视觉的形成因素包括双眼视觉差异、透视感觉、画面细腻程度的差异、光照造成的阴影深浅变化、物体运动导致其大小及角度的变化等。其中双眼视觉差异是获取立体感觉的主要因素,这是由于人的两只眼睛之间存在约65毫米左右的距离,因此在观察物体时,两只眼睛所获取的图像信息会存在一定的细微差异。正是基于双眼视觉差异产生立体感觉的原理,研究者们绞尽脑汁,设计出了多种不同的方法来重现立体图像。 三、常见立体显示技术 常见的立体显示技术主要有分色法、分光法、分时法、分屏法、光栅法以及全息法等。其中分色法、分光法、分时法、分屏法等均需要佩戴专用的眼镜,而光栅法、全息法属于自由立体显示技术,适用于裸眼观看。 通常在发送端用两台或多台摄像机,从不同方位模拟双眼进行摄像,得到具有视觉差异的图像信号,再通过一定的处理方法融合一路信号传送,电视机接收到上述信号后解码还原成分别供两眼观看的图

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 Distance Measuring Technology Zhang 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 vision 0 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= Bf x2-x1 (1) 据此原理,则可推导出3个投影面坐标:

数字测图原理与方法知识点考研总结

数字测图原理与方法知识点考研总结 文件编码(GHTU-UITID-GGBKT-POIU-WUUI-8968)

数字测图原理与方法 一、名词解释 1、大地水准面:把一个假象的、与静止的平均海水面重合并向陆地延伸且包围整个地球的特定重力等位面称为大地水准面。 2、视准轴:物镜光心与十字丝交点的连线称为视准轴。 3、系统误差:在相同的观测条件下,对某一量进行一系列的观测,如果出现的误差在符号和数值大小都相同,或按一定的规律变化,这种误差称为“系统误差”。 4、偶然误差:在相同的观测条件下,对某一量进行一系列的观测,如果误差出现的符号和数值大小都不相同,从表面上看没有任何规律性,这种误差称为“偶然误差”。 5、方位角:由直线一端的基本方向起,顺时针方向至该直线的水平角度称为该直线的方位角。方位角的取值范围是0°~360°。 6、危险圆:待定点P 不能位于由已知点A 、B 、C 所决定的外接圆的圆周上,否则P 点将不能唯一确定,故称此外接圆为后方交会的危险圆。 7、全站仪:全站仪是全站型电子速测仪的简称,它集电子经纬仪、光电测距仪和微处理器于一体。 8、等高距:地形图上相邻两高程不同的等高线之间的高差,称为等高距。

9、数字测图系统:是以计算机为核心,在硬件和软件的支持下,对地形空间数据进行数据采集、输入、处理、输出及管理的测绘系统,它包括硬件和软件两个部分。 10、数字地面模型(DTM ):是表示地面起伏形态和地表景观的一系列离散点或规则点的坐标数值集合的总称。 11、数字高程模型(DEM ):数字高程模型DEM ,是以数字的形式按一定结构组织在一起,表示实际地形特征空间分布的模型,是定义在 x 、y 域离散点(规则或不规则)上以高程表达地面起伏形态的数字集合。 二、简答题 1、实际测绘工作中,一般采用的基准面和基准线各是什么 大地水准面和铅垂线是测量外业所依据的基准面和基准线;参考椭球面和法线是测量内业计算的基准面和基准线。 2、角度观测的主要误差来源(种类)有哪些 1)仪器误差:(1)水平度盘偏心差(2)视准轴误差(3)横轴倾斜误差(4)竖轴倾斜误差;2)仪器对中误差;3)目标偏心误差;4)照准误差与读数误差;5)外界条件的影响。 3、何谓视差如何消除视差 如果目标像与十字丝平面不重合,则观测者的眼睛作移动时,就会发觉目标像与十字丝之间有相对移动,这种现象称为“视差”。 消除视差的方法为:先转动目镜调焦螺旋,使十字丝十分清晰;然后转动物镜调焦螺旋,使目标像十分清晰;上下(或左右)移动眼睛,如

基于双眼视觉的立体显示技术概述

基于双眼视觉的立体显示技术概述 摘要:战场环境是一切军事行动的空间基础,战场环境仿真是目前军事作战模拟领域研究的热点。本文讨论了用于实现战场环境感知仿真的基于双眼视觉的立体显示技术。 运用虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR;又译作灵境、幻真)实现战场环境仿真,其目的就是构成多维的、可感知的、可度量的、逼真的虚拟战场环境,借此提高参训人员对战场环境的认知效率。对于大多数应用而言,营造立体视觉效果是实现“沉浸”的关键,即根据人类的双目立体视觉原理,借助于一定的设备,使观察者在生理水平上对被观察的场景产生强烈的立体感。由于在虚拟现实系统中,场景是由计算机生成的(非实地拍摄),为了达到立体效果,就需要对图像的生成、显示与观察各环节进行适人化的处理,因此该技术也被成为“人造立体视觉技术”。 一立体视觉基本原理 透视效果是观看三维世界时的基本规律,是画面产生立体感的基本要求。 人眼在看真实的圆柱体和看屏幕上显示的圆柱体时,视差角有明显的不同,看屏幕时的视差角实际上和看平板玻璃时是一样的,因此不管屏幕上显示的内容如何变化,立体感始终是一个平面,这也是普通显示器无法实现立体显示的原因。既然如此,首先想到的解决办法自然就是把显示器做成圆柱体形状,这样当然可以完美的显示圆柱体,不过这样的显示器不管显示什么内容时都会机械的制造出中间近、两边远的效果。 那么为了完美显示每一种物体,显示电风扇时就得用电风扇形的显示器,显示飞机又要用飞机形状的显示器,如果要显示宇宙该用什么形状的显示器呢?显

然,这样就走入了一条死胡同,因此必须找到其它的方法。 设法分别向两眼输送两个拍摄角度略有不同的画面,给左眼的画面只让左眼看到,给右眼的只让右眼看到,那么如同前面提到的立体眼镜,调节两幅画面之间的细微差距就相当于调节视差角。 既然可以人为的控制视差角,我们就可以在显示圆柱体时调节视差角产生圆柱体的立体感,显示电风扇、飞机时产生电风扇和飞机的立体感,显示宇宙时产生宇宙中每个星球的立体感等等。按照这个方法不就可以实现完美的立体显示了吗?事实上,当今主流的4种立体显示技术都是基于这个原理的。 实现基于双眼视觉的立体显示需要经过两大步骤,首先,要准备好两套分别供左眼和右眼观看的画面。目前,这种画面的来源有三种途径: 一、双机拍摄。拍摄电影或图片时将两台照像机或摄像机并排放置,两机间的角度和距离都模拟人的双眼。 二、从3D场景中提取。由于3D场景本来就被设计用来可供任何角度观看,所以从中提取两套画面自然不难,提取的两套画面相互间的角度要模拟人的双眼。 三、用软件智能模拟。这是利用计算机根据原始画面重新生成两套画面,可用于将现有的普通视频和图片转换为立体显示的片源,但效果略差。 片源准备好以后,第二个步骤就是将它们输送给双眼,并且要点是给左眼观看的画面只能让左眼看到。在输送时其实并不需要刻意的调节两套画面的差距,只要能将上述途径获得的片源按要求输送给双眼,那么人眼就会自动产生与画面对应的立体感了。为了实现这一步,各种立体显示技术采用了不同的方式,4种

数字测图原理及方法试题库及其答案

东北大学数字测图原理与方法题库 2013~2014学年度第二学期东北大学期末复习资料 数字测图原理与方法备考题库2014.5 一、概念题(本大题共66小题,其中()为补充容) 1. 测绘学: 测绘学是以地球形状、大小及地球表面上的各种地物的几何形状和地貌的形态为研究对象,并研究如何将地面上的各种地物、地貌测绘成图及将设计、规划在图纸上的各种建筑物放样于实地的有关理论与方法的一门科学。 2. 地球椭球体:在测绘工作中选用的用来代替地球形状作为测量基准面的一个非常接近水准面、并且可用数学式表达的几何形体。 3. 地球椭球:代表地球形状和大小的旋转椭球。 4. 参考椭球:与某个区域如一个国家水准面最为密合的椭球称为参考椭球。 5. 参考椭球定位:确定参考椭球面与水准面的相关位置,使参考椭球面在一个国家或地区最佳拟合,称为参考椭球定位。 6. 水准面:水准面中与平均海水面相吻合并向大陆、岛屿延伸而形成的闭合曲面,称为水准面。 7. 坐标系:把地面上的点沿着椭球面法线方向投影到椭球面上并用经纬度来表示其位置的坐标系叫坐标系。 8. 体:水准面所包围的地球形体,叫体。 9. 高程:地面点到水面的铅垂距离,称为该点的绝对高称,或称海拔。 10. 地物:地球表面的一切物体(包括自然地物和人工地物)统称为地物。 11. 地貌: 地貌是指地表面高低起伏的形态。 12. 视差:由于物像没有和十字分划板重合,当人眼相对十字分划板相对移动时物像也和十字分划板相对移动,这种现象叫视差。 13. 照准部偏心差:是指照准部旋转中心与水平度盘分划中心不重合,指标在度盘上读数时产生的误差。 14. 照准误差:是指视准轴偏离目标与理想照准线的夹角。(即视准轴不垂直于仪器横轴时产生的误差) 15. 竖盘指标差:(由于竖盘水准管或垂直补偿器未安到正确位置,使竖盘读数的指标线与垂直线有一个微小得角度差x,称为“竖盘指标差”。)因竖直度盘指标线偏离了正确而使竖直角与正确值产生的差异被称为竖盘指标差。 16. 水准尺的零点差:(从理论上讲,水准尺的零分划线应正好与尺底面重合;但事实上由于制造质量和长期使用,两者往往不相重合。)水准尺底面与零分划线不重合,称为水准尺零点误差。 17. 望远镜的视准轴:望远镜物镜中心与十字丝焦点的连线称为视准轴。 18. 坐标方位角:将坐标北顺时针转至某直线的夹角称为该直线的坐标方位角,以α表示(0~360°)。 19. 子午线收敛角:除中央子午线及赤道上的点以外任何一点的真北方向N与坐标北X都不重合。两者之间的夹角称为该点的子午线收敛角,以γ表示。且当坐标北偏于真北以东时,γ为正,当坐标北偏于真北以西时,γ为负。 20. 磁偏角:磁北与真北两者之间的夹角称为磁偏角,以δ表示。且当磁北偏于真北以东时,δ为正,当磁北偏于真北以西时,δ为负。 21. 真误差:观测值与其真值之差,称为真误差。 22. 系统误差:在相同的观测条件下,对某个固定量进行多次观测,如果观测误差在符号及

浅谈三维显示技术

浅谈三维显示技术 摘要:目前许多研究者已经把三维显示系统作为下一代最有潜力的显示系统,并已经提出了许多三维显示技术,三维立体显示技术在未来几年必将掀起了一场3D 视觉革命。当前研究中的三维立体显示器件可以分成三类:戴眼镜式、多视点 裸眼式、真三维显示。当前市场上可以看到的三维显示器件主要是戴眼镜式和 多视点裸眼式,上述两种显示技术的主要问题是长时间观看会产生视觉疲劳。 真三维显示可以消除视觉疲劳,特别是近几年,全息立体显示技术发展迅速, 包括硅基液晶、光折变材料、表面等离子体等技术实现新型的全息立体显示方 式。三维显示技术的已成为当前的研究得热点,其中可以真实得再现出与真实 物体一样的深度和视差信息的全息显示技术,被认为是最理想的三维显示。可 以预见在未来的5至10年以后,具有高临场感、浸入式的三维立体显示技术将 无处不在。本文首先介绍了三维显示技术的背景和发展概况,接着简要介绍了 各种三维显示技术的原理及特点。 我们生活的世界是立体的,我们的眼睛在现实世界中获取的视觉信息,有很多都具有立体的三维信息。当然我们在现实生活中所接触到的大量图像信息中也有很多都是平面视觉信息,例如在报纸、杂志、电视机上看到的图片或者视频图像,这些信息均是对三维实物或场景的二维投影表达,从而失去了诸如:立体视差,移动视差等的心理暗示,没有真正的立体感。今天我们周围出现了越来越多用计算机模拟出来的三维景物。它们主要应用于各种各样三维显示的软硬技术中。这些技术无一例外都必须符合人眼立体感知的机理,提供足够多的三维感知因素使人们能有一种强烈的立体感。现有的一些三维技术,虽然能实现一定的三维显示功能,但长时间观看会有头晕、疲惫的感觉,主要原因在于技术设计上。没有很好地考虑人眼立体感知的工作机理。目前国内外已有不少这方面的研究,但大多分布在认知心理学、计算机科学等几个领域内的零散文献中。真实地再现世界始终是成像技术的重要发展方向。近几年来,由于计算机性能和处理能力的大大提高,计算机图形图像技术也得到了快速的发展,进而出现了各种各样的三维图像,并且在三维显示方法和系统实现方面也做了不少研究。 按基本工作原理是否为双目视差将三维立体显示分为两大类。基于双目视差原理的三维立体显示主要有眼镜立体显示和光栅式自由立体显示,这类三维立体显示的技术相对成熟并有相应产品;非基于双目视差原理的三维立体显示主要有全息立体显示、集成成像立体显示和体显示等,这类三维立体显示的技术较不成熟,大多没有相应产品。接下来对这些三维立体显示的器件结构、工作原理以及各自的特性进行阐述。 首先,必须了解什么是视差。视差就是从有一定距离的两个点上观察同一个目标所产生的方向差异。从目标看两个点之间的夹角,叫做这两个点的视差,两点之间的距离称作基线。只要知道视差角度和基线长度,就可以计算出目标和观测者之间的距离。 基于戴眼镜的三维立体显示技术的原理如下:此种三维立体显示是在观看者双眼前各放置一个显示屏, 观看者的左右眼只能分别观看到显示在对应屏 上的左右视差图,从而提供给观看者一种沉浸于虚拟世界的沉浸感。这种立体显示存在单用户性、显示屏分辨率低、及易给眼睛带来不适感等固有缺点。

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

立体显示技术

3D立体显示技术 虚拟现实是一种新兴的、极有应用前景的计算机综合性技术。采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境。立体显示是虚拟现实的关键技术之一,它使人在虚拟世界里具有更强的沉浸感,立体显示的引入可以使各种模拟器的仿真更加逼真。研究立体成像技术并利用现有的微机平台,结合相应的软硬件系统在平面显示器上显示立体视景。一、立体显示原理 由于人眼有 4 - 6cm的距离,所以实际上我们看物体时两只眼睛中的图象是有差别的。两幅不同的图象输送到大脑后,我们看到的是有景深的图象。这就是计算机和投影系统的立体成像原理。依据这个原理,结合不同的技术水平有不同的立体技术手段。 只要符合常规的观察角度,即产生合适的图象偏移,形成立体图象并不困难。从计算机和投影系统角度看,根本问题是图象的显示刷新率问题,即立体带宽指标问题。如果立体带宽足够,任何计算机、显示器和投影机显示立体图象都没有问题。 二、四种立体显示技术 下面就介绍4种技术如何将片源输送给双眼,其中前三种,分色、分光、分时技术的流程很相似,都是需要经过两次过滤,第一次是在显示器端,第二次是在眼睛端: 1)分色技术: 分色技术的基本原理是让某些颜色的光只进入左眼,另一部分只进入右眼。我们眼睛中的感光细胞共有4种,其中数量最多的是感觉亮度的细胞,另外三种用于感知颜色,分别可以感知红、绿、蓝三种波长的光,感知其它颜色是根据这三种颜色推理出来的,因此红、绿、蓝被称为光的三原色。要注意这和美术上讲的红、黄、蓝三原色是不同的,后者是颜料的调和,而前者是光的调和。 显示器就是通过组合这三元色来显示上亿种颜色的,计算机内的图像资料也大多是用三原色的方式储存的。分色技术在第一次过滤时要把左眼画面中的蓝色、绿色去除,右眼画面中的红色去除,再将处理过的这两套画面叠合起来,但

山东科技大学2019年《811数字测图原理与方法》考研专业课真题试卷

一、简答题(每题8分,共80分) 1、地形测量学主要包括哪些内容? 2、测量工作中常用坐标系有哪几个?请指出属于地心坐标系有哪些? 3、根据现行的国家基本比例尺地形图分幅和编号规定,请说明1:100万比例尺地形图的图幅是如何划分,编号如何规定? 4、地球曲率和大气折光对水准测量有何影响?如何抵消或削弱该两项影响? 5、经纬仪的主要轴线需要满足哪些条件? 6、试述自动全站仪自动目标识别与照准的过程。 7、常用的交会测量方法有哪几种?并分别简要说明。 8、简述网络RTK 系统的组成以及各部分的作用。 9、简述GPS 控制测量的观测步骤。 10、大比例尺数字测图进行野外数据采集需要得到哪些数据和信息? 二、测量内业计算(1~2每题10分,3~4每题15分,共50分) 1、地质普查外业中精确丈量某一段距离,6次测量的距离值分别为:L 1=283.534m ,L 2=283.549m ,L 3=283.522m ,L 4=283.528m ,L 5=283.551m ,L 6=283.532m 。(要写出用到的计算公式) 试求:(1)该距离的算术平均值;(2)该距离的观测值中误差;(3)该距离的算术平均值中误差。 2、某勘探工程需要布设一个钻孔P ,如图2-1。 其设计坐标为???==m y m x P P 218477733566808,已收集到设 计钻孔附近的测量控制点A 的坐标为: ???==m y m x A A 218478733566708,AB 边的方位角为"30'20225O AB =α。采用极坐标法进行钻孔放 样时,请问放样钻孔点位P 时所需的放样元素有哪些?并计算出这些放样数据。A P B N 图2-1钻孔位置示意图

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