基于復眼結(jié)構(gòu)的大視場定位技術(shù)及實驗研究.pdf

1、當前，不管是機器人導航，還是物體三維重建，都會涉及到目標點三維定位的問題。目標的精確三維定位具有重要的意義，被廣泛地應用于工業(yè)視覺檢測、機器人蔽障等領(lǐng)域，實現(xiàn)“為機器裝上眼睛”的目的。同時在計算機視覺的發(fā)展過程中，人們對機器探測視場角范圍的要求不斷提高，大視場計算機視覺探測系統(tǒng)成為人們的研究方向，但該領(lǐng)域的研究成果目前仍舊較少。
　　本文通過分析昆蟲復眼結(jié)構(gòu)中子眼曲面排布以獲得不同視角圖像的特點，結(jié)合大視場目標定位的功能需求，設計

2、并制備了復眼型多通道圖像采集系統(tǒng)、編寫了拍攝控制軟件，研究大視場圖像拼接算法及多目三維定位算法，實現(xiàn)了大視場圖像生成及目標三維坐標探測。其主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　通過研究不同的多通道圖像采集控制系統(tǒng)方案，確立了本文采用的以Altera的NIOS軟核FPGA系統(tǒng)為主體的設計方案，其中對對時序要求較高的部分采用硬件邏輯實現(xiàn)，對操作靈活性要求較高或?qū)r序要求不高的部分由NIOS軟核實現(xiàn)，該方案的優(yōu)點是PCB設計、工藝要求適中，軟硬

3、件復雜度適中，系統(tǒng)可控性較好，風險較低;
　　在少量生產(chǎn)時，成本和硬件的體積功耗有較好的平衡。
　　根據(jù)上述方案，制備了多通道圖像同步采集控制系統(tǒng)并開發(fā)了PC端用戶控制軟件。通過分析子眼視場角與總視場角之間的關(guān)系，結(jié)合多目視覺定位對子眼排布方式的要求，研究了包含多個子眼的可實現(xiàn)大視場探測的人工復眼結(jié)構(gòu)的設計方法。最后確立的視場排布方式包含三層機構(gòu)，分別排布1、6、12個子眼鏡頭，共19只子眼，可以實現(xiàn)的視場角接近120°。<

4、br>　　對大視場目標定位探測系統(tǒng)的標定方法進行了研究，確定了使用張正友標定法對本文系統(tǒng)進行標定并進行了系統(tǒng)標定實驗，獲得了系統(tǒng)參數(shù)。分析子眼圖像與三維空間映射關(guān)系，研究圖像拼接算法，將二維圖像進行裁剪并映射于三維立體空間，實現(xiàn)二維子眼圖像在三維空間的大視場拼接。分析子眼圖像坐標、空間三維坐標及系統(tǒng)參數(shù)間的關(guān)系，建立空間點多目定位數(shù)學模型，并提出了多目視覺定位算法。最后，基于本文提出的算法進行了9點坐標定位實驗、紙盒三維重建實驗、200