双目立体视觉问题
2008-10-30 20:24
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 O
1
uv 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 O
1
和 O
2
。空间中某点 P 在左图像和右图像中相应的坐标分别为
P
1
(u
1
,v
1
)和 P
2
(u
2
,v
2
)。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 v
1
=v
2
。由三角几何关系得到:
上式中（x
c
，y
c
，z
c
）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，（u
1
,v
1
）和（u
2
,v
2
）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:
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