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基于双焦成像的测距技术研究

激光与红外 2010年第10期40卷 1136-1140页

作者：刘红波赵勋杰彭翔苏州大学物理科学与技术学院江苏苏州215006 光电子器件与系统(教育部、广东省)重点实验室深圳大学广东深圳518060

单目双焦立体成像是计算机视觉近年发展的一个重要分支,有着广泛的应用前景。单目双焦成像测距系统,通过改变相机焦距对空间物体两次成像并通过计算可以得到物体的距离。研究了摄像机标定精度、像点径向视差以及相机旋转或平移对测距精... 详细信息

单目双焦立体成像是计算机视觉近年发展的一个重要分支,有着广泛的应用前景。单目双焦成像测距系统,通过改变相机焦距对空间物体两次成像并通过计算可以得到物体的距离。研究了摄像机标定精度、像点径向视差以及相机旋转或平移对测距精度的影响,分析了物体成像面积不随光轴变化的特性,提出了基于成像面积的测距算法,在新的目标距离公式中,用目标的成像面积代替了传统算法中的像点矢量,因此新算法不需要在频繁地改变相机焦距的同时反复地标定摄像机主点位置,这样就解决了双焦成像测距的实时性问题。实验结果表明,提出的算法较传统测距算法有更高的测距精度。

关键词：单目立体双焦成像被动测距相机标定图像面积

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基于双焦成像的立体视觉研究

基于双焦成像的立体视觉研究

作者：徐姝姝南京大学

学位级别：硕士

立体视觉技术近年来已经成为研究的热点,其中包括了深度恢复,三维场景重建与描述等内容。立体视觉技术的研究已经被大量应用在无损检测、预知维护、机器人导航、医学分析、虚拟现实、军事探测等方面。本文对基于双焦成像的立体视觉系统... 详细信息

立体视觉技术近年来已经成为研究的热点,其中包括了深度恢复,三维场景重建与描述等内容。立体视觉技术的研究已经被大量应用在无损检测、预知维护、机器人导航、医学分析、虚拟现实、军事探测等方面。本文对基于双焦成像的立体视觉系统做了研究,实现了深度恢复和三维场景描述。双焦立体视觉系统是单目立体视觉的一种,它通过一组变焦镜头从同一个角度对场景采集立体图像对。与传统的双目深度测量方法相比,单目立体视觉具有定点观测、测量系统体积小、图像采集实时等优点。本文对基于双焦成像的立体视觉技术进行了详尽阐述,主要研究了系统精度分析改进方法、特征点提取与匹配算法、深度恢复、空间点三维世界坐标计算,场景三维模型建立以及深度视差图恢复等关键技术,并基于双焦立体图像对实现了场景的描述。特征作为立体视觉中深度恢复以及场景描述的基元,特征提取匹配的精度直接决定了立体恢复的精确程度。本文首先对各种特征提取方法进行了研究和比较,选择本系统最合适的基于相位一致性检测的特征提取算法,通过初步像素级预匹配结合亚像素匹配的匹配搜索方法,提高了立体图像对中同名点的匹配精度。之后对双焦成像光学结构和深度恢复原理进行了介绍分析,讨论了不同光学参数变化等因素对系统精度的影响,给出了理想高精度系统的光学参数要求。文章通过3ds Max下的计算机模拟拍摄图像对在1000m和400m下的深度恢复实验证明双焦成像的深度恢复相对误差在2/1000左右,在目标距离为30m的真实场景图像对深度恢复时误差达到了2/100的精度。多对立体图像对的深度恢复的结果验证了该系统的可行性和准确性。结合深度恢复结果和相机内参数的标定方法,文章实现了空间点三维坐标的恢复,获得了场景的空间三维点集信息。通过三维点集的面片划分和深度插值以点深度为中介将双焦视差转换为双目视差,实现了双焦-双目图转换,在OpenGL中绘制了场景的三维模型,实现了空间场景的描述。视差图是立体视觉中描述场景深度恢复的常用手段,通过定义双焦立体视差,经过缩放图像序列初级估计双焦图像对视差,视差点分类,无匹配视差点聚合等步骤,本文成功实现了双焦立体视差图的计算,对3ds max拍摄的近距和远距双焦立体图像对计算了视差分布图,实验证明该方法计算的视差分布结果符合真实场景分布。

关键词：双焦成像立体视觉特征提取立体匹配深度恢复三维重建

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双焦距立体视觉中的光学成像模型

光学技术 2007年第6期33卷 935-937页

作者：王元庆南京大学电子科学与工程系南京210093

成像物镜具有两个独立的焦距,并分别对空间物体成像,这种系统被称为双焦成像系统。双焦成像系统从单一角度记录三维场景中各物点的图像,它构成了单目立体视觉的基本光学成像模型。由于焦距为f1和f2的物镜所成的像的矢量值存在差别,即视... 详细信息

成像物镜具有两个独立的焦距,并分别对空间物体成像,这种系统被称为双焦成像系统。双焦成像系统从单一角度记录三维场景中各物点的图像,它构成了单目立体视觉的基本光学成像模型。由于焦距为f1和f2的物镜所成的像的矢量值存在差别,即视差,并且视差的大小与物点的深度存在着定量关系,因此可利用双焦成像的视差特征来恢复场景的深度信息。叙述了双焦成像的立体视觉原理和系统的改进方案,并根据双焦成像的深度算法对已知深度的物方平面进行了深度测量。试验结果表明,深度恢复的相对误差约为-0.14%,测量结果的方差为0.97mm。

关键词：立体视觉单目立体双焦成像机器视觉深度

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基于改进形状上下文的双焦图像深度估计

电子科技大学学报 2013年第2期42卷 266-271页

作者：冯春吴洪涛乔兵张家驹南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学航天学院南京210016

针对深度估计时两幅双焦图像特征点的误匹配问题,提出了一种基于改进形状上下文特征点的校正方法。首先引入了对尺度、视角、光照等具有不变性的SSURF特征向量,利用SSURF特征向量匹配算法在双焦单目视觉系统采集的焦距不同的两幅图像之... 详细信息

针对深度估计时两幅双焦图像特征点的误匹配问题,提出了一种基于改进形状上下文特征点的校正方法。首先引入了对尺度、视角、光照等具有不变性的SSURF特征向量,利用SSURF特征向量匹配算法在双焦单目视觉系统采集的焦距不同的两幅图像之间进行目标SSURF特征点的匹配。提出一种改进的形状上下文描述符,对局部特征匹配点对进行误匹配的校正。然后根据空间物点与所成像点距图像中心矢量大小及摄像机的焦距值之间的几何关系,利用校正后的特征点完成相关的计算从而获取目标物的深度信息。实验表明,校正后的方法进行深度估计具有较小的误差和较好的估计效果。该深度估计方法有较大的实用价值。

关键词：双焦成像深度估计改进形状上下文误匹配单目视觉 SSURF特征点

基于双焦单目视觉的航天器间相对位姿确定算法

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中国空间科学技术 2012年第4期32卷 37-44,61页

作者：冯春吴洪涛乔兵陈柏南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学航天学院南京210016

文章首先利用双焦成像算法确定航天器间的相对位置,再利用相对位置确定两个航天器间的相对姿态,最终获取相对位姿参数的解析解。在给定相机两个独立焦距条件下,对双焦深度估计误差进行分析,指出影响其精度的因素,并对相对位姿参数估计... 详细信息

文章首先利用双焦成像算法确定航天器间的相对位置,再利用相对位置确定两个航天器间的相对姿态,最终获取相对位姿参数的解析解。在给定相机两个独立焦距条件下,对双焦深度估计误差进行分析,指出影响其精度的因素,并对相对位姿参数估计精度进行了讨论。最后,对该算法进行数学仿真,仿真结果表明该算法能够满足航天器相对位姿确定精度和实时计算要求。

关键词：四元数深度估计双焦成像单目视觉姿态控制相对位置航天器

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无标定主点坐标的双焦测距算法及精度研究

燕山大学学报 2009年第3期33卷 194-198,205页

作者：吴培良孔令富李贤善燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004

成像物镜具有两个独立的焦距,通过对空间物体成像并进行分析可获取其深度信息,此即双焦测距的原理。本文首先分析了图像主点坐标标定对双焦测距精度的影响,找到了双焦图像中两种相对于主点坐标的不变量,进而提出了基于此不变量的双焦测... 详细信息

成像物镜具有两个独立的焦距,通过对空间物体成像并进行分析可获取其深度信息,此即双焦测距的原理。本文首先分析了图像主点坐标标定对双焦测距精度的影响,找到了双焦图像中两种相对于主点坐标的不变量,进而提出了基于此不变量的双焦测距算法,避免了繁琐的标定环节并提高了算法精度。与传统算法的实验对比表明了本文算法是正确可行的。

关键词：双焦成像深度恢复主点坐标无标定