計(jì)算機(jī)視覺(jué)中攝像機(jī)定標(biāo)及位姿和運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法的研究.pdf

1、湖南大學(xué)博士學(xué)位論文計(jì)算機(jī)視覺(jué)中攝像機(jī)定標(biāo)及位姿和運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法的研究姓名：伍雪冬申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：王耀南20050101博士學(xué)位論文摘要計(jì)算機(jī)視覺(jué)是一個(gè)相當(dāng)新且發(fā)展十分迅速的研究領(lǐng)域，已成為智能自動(dòng)化科學(xué)的重要研究領(lǐng)域之一，它的研究目標(biāo)是使計(jì)算機(jī)具有通過(guò)一幅或多幅圖像認(rèn)識(shí)周圍環(huán)境信息的能力，這種能力將不僅使機(jī)器能感知環(huán)境中物體的幾何信息，包括它的形狀、位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)等，而且能對(duì)它們進(jìn)行描述、存儲(chǔ)、識(shí)別

2、和理解。本文首先介紹了計(jì)算機(jī)視覺(jué)中所用到的射影幾何、仿射幾何、度量幾何和歐氏幾何等各類幾何學(xué)的基本概念和相關(guān)特性；概述了攝像機(jī)模型及成像原理；回顧了近年來(lái)攝像機(jī)定標(biāo)方法的發(fā)展，對(duì)存在的各種攝像機(jī)定標(biāo)方法進(jìn)行了分析、比較和總結(jié)；最后，重點(diǎn)闡述了變內(nèi)部參數(shù)攝像機(jī)線性自定標(biāo)、平面型場(chǎng)景圖像的透視校正、四種非線性狀態(tài)估計(jì)濾波器(EKFl、EKF2、DDl和DD2)及基于單目視覺(jué)的位姿和運(yùn)動(dòng)估計(jì)的研究方法?！糇儍?nèi)部參數(shù)攝像機(jī)線性自定標(biāo)。在某些視覺(jué)

3、系統(tǒng)中(例如機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)、主動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng))需要經(jīng)常改變攝像機(jī)的位置或調(diào)整攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)(如光圈與焦距)，在每次調(diào)整以后，都需要對(duì)攝像機(jī)重新定標(biāo)。針對(duì)這種情況，本文提出了一種可處理畸變因子和主點(diǎn)已知但其它內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化時(shí)的攝像機(jī)自定標(biāo)方法，該方法先計(jì)算圖像間的基本矩陣，在計(jì)算基本矩陣后得到射影重建的基礎(chǔ)上，用線性方法恢復(fù)同形矩陣，再利用同形矩陣計(jì)算攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)?！艋趫?chǎng)景幾何知識(shí)的三維度量重建。三維場(chǎng)景圖像的度量重建一般是針對(duì)圖像序列

4、的，所使用的層次化度量重建方法都是首先得到圖像序列的射影重建。如果三維物體表面都是平面(這種情況是比較常見(jiàn)的)，則在平面型場(chǎng)景圖像三維度量重建的基礎(chǔ)上，基于場(chǎng)景幾何知識(shí)，對(duì)平面型場(chǎng)景圖像和常規(guī)的三維場(chǎng)景圖像的度量重建進(jìn)行了回顧，然后在此基礎(chǔ)上提出了一種不必進(jìn)行射影重建且只須單幅圖像的三維度量重建方法。◆四種非線性狀態(tài)估計(jì)濾波器(EKFl、EKF2、DDl和DD2)。對(duì)于某些系統(tǒng)不能用簡(jiǎn)單的線性模型來(lái)描述，因此必須發(fā)展非線性的濾波算法，在

5、線性卡爾曼濾波的基礎(chǔ)上，用一階和二階Taylor級(jí)數(shù)來(lái)近似非線性動(dòng)態(tài)方程和測(cè)量方程，分別得到了EKFl(基于一階Taylor近似)和EKF2(基于二階Taylor近似)濾波器，但是使用EKFl和EKF2濾波器要求非線性動(dòng)態(tài)方程和測(cè)量方程相應(yīng)的一階和二階微分存在，在非線性動(dòng)態(tài)方程和測(cè)量方程的一階和二階微分不存在時(shí)，用不需要計(jì)算微分的Stirling插值近似代替Taylor近似得出了另外兩種新的濾波器，即DDl濾波器(基于一階Stirlin