移動機(jī)器人立體視覺三維重建系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、本文以立體視覺原理及投影幾何學(xué)理論為基礎(chǔ),對立體視覺的三維重建技術(shù)進(jìn)行研究,開發(fā)了一個(gè)基于移動機(jī)器人立體視覺的三維重建系統(tǒng).該系統(tǒng)主要是對移動機(jī)器人漫遊過程中所處的某個(gè)感興趣的場景進(jìn)行較詳細(xì)的研究.通過立體視覺平臺的運(yùn)動,左右兩攝像機(jī)采集到同一場景不同視覺方位的圖象,從而進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定、特征匹配,并計(jì)算出感興趣點(diǎn)的深度信息及空間三維坐標(biāo).文中所提出的三維重建系統(tǒng)主要包括攝像機(jī)標(biāo)定、特征匹配、三維坐標(biāo)計(jì)算這三個(gè)部分.在攝像機(jī)標(biāo)定部分,首先

2、通過建立攝像機(jī)透射投影模型,引入了攝像機(jī)參數(shù)、基本矩陣、投影矩陣和單應(yīng)性矩陣等概念.本文在分析較為經(jīng)典的Zhang's攝像機(jī)標(biāo)定方法中發(fā)現(xiàn)該方法需參數(shù)已知的模板,這個(gè)前提條件對于移動機(jī)器人是無法實(shí)現(xiàn)的.因此,文中提出了一種新的基于反對稱矩陣特性的攝像機(jī)標(biāo)定方法,該方法不需模板、不需嚴(yán)格限制攝像機(jī)的運(yùn)動,且結(jié)果滿足系統(tǒng)要求.在特征匹配部分,系統(tǒng)采用了較常用的Harris角點(diǎn)進(jìn)行特征提取,通過左右兩圖象的特征點(diǎn)之間的相關(guān)性得到候選匹配對.然

3、而,由實(shí)驗(yàn)可知,其匹配結(jié)果中存在較多的誤匹配.針對此問題,本文利用立體視覺特有的外極線約束關(guān)系,即基本矩陣,來消除候選匹配對中的誤匹配,同時(shí)獲取新的匹配對.得到攝像機(jī)模型及匹配對后,利用三角原理就能計(jì)算出點(diǎn)的深度信息.在假設(shè)誤差存在的條件下,采用最小二乘法求解投影方程得到特征點(diǎn)的空間三維坐標(biāo).通過修改誤差產(chǎn)生對象,利用迭代算法便可獲取誤差較小的結(jié)果.本文針對三維重建系統(tǒng)的三個(gè)部分,分別提出了一種基于反對稱矩陣特性的攝像機(jī)標(biāo)定法、基于Ha