基于紅外與可見光雙波段圖像的立體視覺關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、物體的三維形貌是其重要的外顯屬性，也是機(jī)器視覺的重要研究內(nèi)容。雙目立體視覺技術(shù)是通過二維圖像恢復(fù)物體三維形貌的手段之一，廣泛應(yīng)用于目標(biāo)識(shí)別、工業(yè)檢測、環(huán)境監(jiān)控等場合。可見光成像具有豐富的對比度和顏色、形狀信息，可以準(zhǔn)確、迅速地對被測目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、監(jiān)控和測量;而紅外波段的成像技術(shù)可感知被測物溫度信息，且在光線較弱、煙霧、高溫等特殊環(huán)境條件下，成像具有明顯優(yōu)勢。論文提出利用紅外波段與可見光波段信息的互補(bǔ)性構(gòu)建立體視覺雙目圖像，建立基于雙波段

2、信息的立體視覺系統(tǒng)，并探索其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，用以支持多種環(huán)境下的目標(biāo)識(shí)別與監(jiān)控，在火災(zāi)搜救、航天探測或無人機(jī)導(dǎo)航等領(lǐng)域具有明確的應(yīng)用前景。論文搭建了雙波段立體視覺系統(tǒng)的原理樣機(jī)，用兩個(gè)波段的圖像傳感器各自組成雙目立體視覺系統(tǒng)，雙波段圖像同時(shí)采集，系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境特征自適應(yīng)切換工作的基準(zhǔn)波段，采用圖像融合技術(shù)適應(yīng)不同環(huán)境下的應(yīng)用需求。
　　論文著重研究雙波段立體視覺的多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，其主要研究工作如下:
　　1.提出了基于二向色鏡分

3、光原理的共光路圖像采集方案，構(gòu)建了紅外雙目與可見光雙目同時(shí)成像的雙波段立體視覺系統(tǒng)原理樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了同一視場中兩波段相機(jī)視角及視場范圍一致。設(shè)計(jì)了新的紅外相機(jī)標(biāo)定靶標(biāo)，操作簡便且標(biāo)定效果好。通過在木質(zhì)板材上粘貼金屬薄片，加工成與可見光波段的經(jīng)典棋盤格標(biāo)定靶標(biāo)布局相同的紅外靶標(biāo)，經(jīng)涼水沖淋過的靶標(biāo)能夠在紅外相機(jī)中呈現(xiàn)清晰的角點(diǎn)特征。該方法的主要特點(diǎn)是可在常溫下實(shí)現(xiàn)紅外相機(jī)與可見光相機(jī)的同流程快速標(biāo)定。
　　2.建立了基于模糊邏輯的多光

4、照環(huán)境雙波段圖像融合算法，增強(qiáng)了系統(tǒng)對光照變化的魯棒性。采用可見光圖像平均灰度、對比度、信息熵作為輸入建立模糊邏輯系統(tǒng)，經(jīng)模糊推理判斷系統(tǒng)工作環(huán)境光照情況，并在模糊系統(tǒng)輸出參數(shù)值域上建立高斯曲線，用以確定雙波段圖像系數(shù)融合權(quán)值，采用混合多分辨率分析方法實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)圖像融合。實(shí)驗(yàn)表明該方法對環(huán)境光照變化的適應(yīng)性好。
　　3.設(shè)計(jì)了煙霧環(huán)境雙波段圖像的自適應(yīng)融合方法，有效抑制了煙霧對融合圖像的干擾。采用紅外與可見光圖像相結(jié)合的方法，判

5、斷煙霧對成像的影響。分別提取并比較被測物雙波段圖像的外輪廓完整性，根據(jù)兩波段圖像所包含的外輪廓像素?cái)?shù)量建立自適應(yīng)融合權(quán)值，實(shí)現(xiàn)不同濃度煙霧環(huán)境下的圖像融合。實(shí)驗(yàn)表明，該融合算法能在煙霧環(huán)境下完整保留被測對象輪廓信息。
　　4.實(shí)現(xiàn)了雙波段圖像的立體匹配算法，利用系統(tǒng)采集的兩個(gè)波段信息具有冗余性的特點(diǎn)降低誤匹配率。分別針對兩個(gè)波段圖像各自的像素灰度、梯度方向與梯度模值建立自適應(yīng)權(quán)值，構(gòu)成綜合雙波段信息的相似性測度函數(shù);通過建立大小可