基于双目立体视觉三维重建方法的研究

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1、摘要计算机视觉是一门涉及人工智能、计算机科学、图像处理和模式识别等诸多领域的交叉学科。其中的双目立体视觉由于直接模拟了人类双眼视觉的生理构造，且具有尺寸小、成本低、功耗小和效率高等优良特性，因此在空间物体的三维测量等领域有广阔的应用前景，对双目立体视觉的研究也已经成为当今世界最热门的研究课题之一。本文以双目立体视觉对工件进行三维重建为背景，针对双目立体视觉实际应用技术中的图像获取、摄像机标定、图像预处理、立体匹配和三维重建等重点问题进行了研究。本文主要工作如下：1．通过研究摄像头硬件原理和对摄像头进行的各种测试，选择了实验用高性能摄像头，设计并制作了双目视觉实验机构，最终组

2、建了双目立体视觉实验系统。2．制作了高精度的相片标定模板，并且在Jean．YvesBouguet摄像机标定工具箱的基础上，提出了一种二次标定的方法并进行了标定实验，实现了对双目立体视觉系统的低成本、高精度标定。3．提出了一种双目视觉图像对四步预处理方法，该方法能有效的去除图像噪声，平衡左右图像对的亮度差异，增强图像的边缘和细节。4．深入研究了SIFT特征匹配算法的原理，并且进行了大量的SIFT特征匹配实验，制作了针对SIFT算法的匹配图像模板。在立体匹配过程中，将极线约束与SIFT特征匹配相结合，实验证明该方法可以较好的实现立体匹配，提高匹配精度。5．最后，利用双目立体视觉

3、实验系统，完成了包括立体图像对的获取、摄像机标定、图像预处理、立体匹配和三维重建等步骤的完整双目立体视觉实验，验证了利用双目立体视觉进行工件三维重建的可行性，达到了预期效果。关键词：双目立体视觉，摄像机标定，四步法图像预处理，SIFT立体匹配，三维重建AbstractComputervisioninvolvesartificialintelligence，computerscience，imageprocessing，patternrecognitionandmanyotherinterdisciplinaryfields．Binocularstereovisiondire

4、ctlysimulatesthephysicalstructureofhumaneyes，haschoicenesscharacteristicssuchassmallinsize，lowcost，littlepowerconsumptionandhighefficiency．Binocularstereovisionhasbroadapplicationinthefieldofthree-dimensionalmeasurements．Theresearchonbinocularstereovisionhasbecomeoneoftheworld’Smostpopular

5、researchtopics．Thispaperisfocusonworkpiece’S3Dreconstructionbasedonbinocularstereovision，itincludestheresearchonimageacquisition，cameracalibration，imagepre-treatment，stereomatchingand3Dreconstruction．Thispaper’Smainworksareasfollows：1．Choosethecamerabystudyinghardwareprincipleofcameraandma

6、kingnumbersofexperiments．Designandproduceabinocularvisiontestbody,finallybuildanexperimentalsystemofbinocularstereovision．2．Makeahigh—precisioncalibrationtemplatebyphotowash．BasedonJean—YvesBouquet’Scameracalibrationtoolbox，presentamethodoftwo-stepcalibrationwhichrealizelow—costandhigh-pre

7、cisioncalibrationofbinocularstereovisionsystem．3．Afour-stepimagespre—treatmentmethodispresented．Itcanrestrainthenoise‘andbalancethebrightnessdifference，alsocanenhanceimageedgeandstressimagedetails．4．MakeaSIFTmatchingimagetemplatebyresearchingalgorithmsofSIFTan