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论文研究-基于双目立体视觉的摄像机标定系统的设计与研究 .pdf 评分

基于双目立体视觉的摄像机标定系统的设计与研究,熊俊涛,邹湘军,针对双目立体视觉系统的摄像机标定问题,以张氏标定方法为基础,通过Harris算子获取标定模板的角点,结合VC 和Matlab开发了一套摄像��
国科技论又在线 引擎提供了外部语言 访问并调用 的一种方式。借助 引擎,外部语言可以将 当作一个强大的可编程函数库。开发应用系统, 桿序界面用语言开发,数据处理与计算交山 完成,从而缩短开发时间。 引擎采用客户机服务器 计算方式。在与 混合编 程的应用程序中 程序作为前端客户机它向 引擎传递命令和数据并从 引擎接收数据, 引擎为服务器在后台作数据处理。 中供 语言调用 引擎的函数主要有 负责打廾和关闭引 负责从引擎得到和发送个 数组 使引擎执行按照 语法书写的指令。 角点检测 角点检测算子是一种基于信号的点特征提取算子。该方法的提出受到了信号处理 中自相关函数的启发通过对图像进行一阶差分计算每个像素的半均平方梯度矩阵并认 定梯度矩阵的特征值可以表达这个自相关函数的曲率。同时该算法对特征值的大小作出 了种不同情况的分析并设计了个角点响应函数来响应图像中的角点①两个特征值都比 较小表示此点不是角点或边界点;②两个特征值一个相对大另一个相对小表明此点为图 像中物体的边界点;③两个特征值均相对较大表明此时图像所在点沿任意方向的曲率都非 常大由此认为此点是图像中的角点 检测角点的实现过程为:首先计算图像的方向导数,分别俣存为两个数组,计算 方法可以灵活使用,一般使用 数,因为在角点检测的推导过程中默认是 采用 函数作为其计算图像偏导数的方法。然后为每一个点计算局部自相关矩阵, 同时, 提供一个判定公式根据局部自相关矩阵来获取这个点是否是角点的一个评价 标定系统的设计 通过分析张氏标定法的基本原理,结合与 编程设计了一个双目立体视 觉的标定实验系统,该系统界面如图所示。系统的技术路线上要是:在开发环境下 通过调用 的类库两数实现图像的分析处理, 是在数字图像处理和计算机视觉方面功能强大的类厍,能容易实现复杂的数字处 理功能。然后通过 调用 混合编程,设计一个可视化系统界血实现对标定 数据的计算。 在设计系统时,如果采用手工采集图像丛标的方式,则精度很难得到保证,因此采用 角点检测技术,先利用角点检测来傩定图像上的所有角点,而且在环境下,结 合 和 能很容易地向系统直接输入所有角点的坐标值,直接参与标定计算 这样不仅保证了图像点坐标的精度,也提高了最终标定结果的精度。 即国科技记义在 像机杯定一唐点全标获取 口回区 E孟BP上可加作r角点提显示点土标完的素 ≥回h自母置 图摄像机标定系统界山 利用系统进行摄像机标定沇程是:通过左右摄像机分别拍摄不同角度下的标定模板图 片,然后通过系统读入图片,对图像进行平滑滤波降噪、对比度增强等图像预处理后,再利 用算子进行标定模板的角点检测,获取标定模板上的各个正方形角点坐标,将坐标保 存在指定文件夹中,然后在系统中通过调用加载好的标定程序进行摄像机的标定,标定的结 果直接显示在界面窗口,可以指定保存路径。 标定实验 本双目立体视觉系统研究的实验平台的搭建主要包括()测量⊥具:钢直尺、三角板 水平测试仪;()同型号的 图像传感器 数字摄像机两台; 个实验桌上面固定有两条水平方向上带有刻度的刚性导轨,两摄像机固定于具有刻度的刚性 杆上,杆垂直固定在横跨两条导轨的水平杆上;()标定板:采用一个平面木板作为标定 板,在标定板上张贴激光打印的标定模板图片。()图像处理软件和编程软件及计 算机一台。 为满足实验要求,两摄像杋光心要求处于同一平面,固定在钢柱上,钢柱与臬面垂直, 可通过导轨自刚性桌水平滑动。通过实验平台获取标定图像,利用系统分别对摄像机进 行标定实验,左摄像机的实验结果如下 内参数焦距,主点(),畸变系数分别为: 外参数相对右摄像机的旋转矩阵和平移向量: 四步法标定实验结果 的两步标定法的原理主要是:首先利用直接线性变换方法或者透视变换矩阵方法求 解摄像机参数,再以求得的参数为初始值,考虑畸变因素,并利用最优化算法进一步提髙标 定精度 四步法是在的两步法的基础上提出来的,四步法结合两步法的 原理,在此基础上增加了环形图像的畸变和图像坐标的径冋、切向畸变的补偿计算模型,对 国科技论又在线 两步法进行了补充,提高了标定结果的精度。通过四步法分别对双目立体视觉的摄像机 进行了标定,左摄像机的标定结果如下: 内参数焦距,主点(,),畸变系数分别为: 左摄像机相对右摄像机的旋转矩阵和平移矩阵为: 实验数据精度分析 通过本系统和四步法两种方法对双口立体视觉系统中的摄像机进行了标定,对两组标定 数据进行精确度分析。这里主要对摄像机的内部参数进行分析,双目立体视觉的外部参数因 选取参考坐标系的不同会有很大的变动因素,所以这里不与分析。的标定精度评估准 则中的绝对坐标测量法,即利用标定得到的摄像机参数进行三角测量用得到的空间 点的坐标的精度米衡量标定精度的髙低,这里主要通过坐标中的值,即深度信息的计 算与实际结果进行比较分析,可以得到目标区域特征点相对于左摄像机的空间坐标,实验 的深度信息计算结果如表所示 通过实验数据分析可以知道通过三角测量计算得到的深度误差变化趋势,标定误差在 内,这表明该系统的标定结果有很高的精确度。 表深度信息训算与测量结果 计算深度计算深度实际 标(标定系统)(四步法)深度误差误差 结论 本硏究针对传统标定方法和自标定方法的计算于段繁琐、实时系统应用困难的特点,分 析了张氏标定法的原理,利用结合 混合编程开发了一个双目立体视觉标定系 统,有效地实现摄像杋的标定流程的方便、简捷的效果。通过标定实验的数据分析证明了该 系统不但避免了复杂的数学计算,还能获得较高的标定精度。但系统中的标定方法的选取以 及标定模板获取的精確程度直接影响着标定结果的准确性,这需要在以后的研究中对系统进 步的改进与完善 参考文献 于希娟双目立体视觉技术的理论研究与程序实现硕土学位论文北京华北电力人学 刘小明.番茄收获机槭手机构分析及双目定位系统的研究.硕士学位论文,黑龙江:东北农业大学, 国科技论又在线 周俊,姬长英农业机器人视觉导航中多分辨率路径识别农业工程学报 马颂德张正友计算机视觉计算理论与算法基础北京科学出版社 李天昀葛临东综述 与的交互编程计算机仿真 董维国深入浅出 混合编稈北京机械工ψ出版社 杨大为一种改进的摄像机标定中的角点提取方法沈理工大学学报 张伟摄像机标定系统的设训与实现算机工程 邹湘军,卢俊采摘机构机械与视觉关联定位实验平台:中国, 作者简介: 熊俊涛( ,男,湖北监利人,华南农业大学信息学院助实师在读博士生,主要从事 计算机图像处理应用研究。 邹湘车(),女,湖南衡阳人,华南农业大学虚拟现实研究室教授,博士生导师,主 要从事虛拟现实与仿貞应用研究。通讯地址:广州市天河区五山路华南农业大学⊥程学院南 楼。邮编:

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