專(zhuān)利名稱(chēng)：基于雙目立體視覺(jué)移動(dòng)車(chē)輛的三維重建裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于雙目立體視覺(jué)移動(dòng)車(chē)輛的三維重建裝置，能夠?qū)σ苿?dòng)車(chē)輛實(shí)現(xiàn)非接觸三維測(cè)量與快速建模。
技術(shù)背景隨著對(duì)機(jī)器視覺(jué)研究的深入，移動(dòng)車(chē)輛檢測(cè)的應(yīng)用已經(jīng)推廣到各個(gè)領(lǐng)域，如汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)檢測(cè)、汽車(chē)交通檢測(cè)系統(tǒng)、停車(chē)場(chǎng)監(jiān)視系統(tǒng)等。由此，計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)在移動(dòng)車(chē)輛檢測(cè)中的運(yùn)用變得愈加重要。一般來(lái)說(shuō)，常用的計(jì)算機(jī)視覺(jué)三維感知測(cè)距技術(shù)分為被動(dòng)和主動(dòng)兩大類(lèi)。被動(dòng)立體測(cè)定技術(shù)主要有單目和雙目立體視覺(jué)法。單目法指只通過(guò)一幅包含約束條件(比如明暗、灰度、紋理、陰影等)的圖像來(lái)進(jìn)行三維恢復(fù)的方法。雙目立體視覺(jué)方法是指由兩幅二維圖像根據(jù)視差原理恢復(fù)物體三維幾何形狀的方法，就像人的雙眼一樣。主動(dòng)立體測(cè)定技術(shù)包括結(jié)構(gòu)光投影法、光學(xué)三角法、飛行時(shí)間法等。雖然主動(dòng)測(cè)距法原理比較簡(jiǎn)單，但是在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)需要的硬件設(shè)備比較多，成本較高，同時(shí)硬件的安裝要求比較高，任何偏差都有可能影響測(cè)量精度。而被動(dòng)測(cè)量方法所需硬件設(shè)備少，成本低，只要基本的圖象處理設(shè)備，不需要類(lèi)似X射線(xiàn)或者激光裝置，從而省掉復(fù)雜而昂貴的X射線(xiàn)或者激光發(fā)生裝置和保護(hù)裝置，降低了系統(tǒng)成本，同時(shí)也避免了操作人員受到此類(lèi)裝置輻射的危險(xiǎn)。另外，被動(dòng)立體測(cè)定中的單目方法實(shí)現(xiàn)比較困難?？紤]到單目攝像頭在應(yīng)用高精度檢測(cè)的技術(shù)場(chǎng)合中，所檢測(cè)到的移動(dòng)目標(biāo)信息至多為2. 通常的圖像檢測(cè)方法無(wú)法恢復(fù)出移動(dòng)目標(biāo)的3D信息。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種可應(yīng)用于移動(dòng)車(chē)輛檢測(cè)的實(shí)時(shí)標(biāo)定雙目移動(dòng)目
標(biāo)三維重建裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種基于雙目立體視覺(jué)移動(dòng)車(chē)輛的三維重建裝置，其特征在于，包括兩臺(tái)參數(shù)性能相同的攝像機(jī)，兩臺(tái)攝像機(jī)按光軸互相平行、X軸互相重合、沿X軸相距一段距離設(shè)置，攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)相連接。在計(jì)算機(jī)上有MATLAB圖像處理模塊為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，導(dǎo)入雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)三維重建算法導(dǎo)入MATLAB中。實(shí)際運(yùn)用中，將一定角度的拍攝圖片導(dǎo)入系統(tǒng)中，得到車(chē)身空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而得到三維模型?？蓪?dǎo)入CATIA，PROE, CAD等繪圖軟件。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是雙目系統(tǒng)圖；圖3是相關(guān)性匹配數(shù)學(xué)模型；[0013]圖4是圖像生成算法流程；圖5是本實(shí)用新型的工作框以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖I，本實(shí)施例給出一種基于雙目立體視覺(jué)移動(dòng)車(chē)輛的三維重建裝置，包括兩臺(tái)參數(shù)性能相同的攝像機(jī)，兩臺(tái)攝像機(jī)按光軸互相平行、X軸互相重合、沿X軸相距一段距離設(shè)置，攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)相連接。計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝有MATLAB圖像處理模塊為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、數(shù)字圖象處理技術(shù)研究、探討在無(wú)背景知識(shí)下對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)、三維重建算法，并把此算法應(yīng)用于移動(dòng)車(chē)輛檢測(cè)中。 下面說(shuō)明該系統(tǒng)基于雙目立體視覺(jué)的三維重建過(guò)程雙目立體視覺(jué)的基本原理是從兩個(gè)視點(diǎn)觀(guān)察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，通過(guò)成像幾何原理計(jì)算圖像像素間的位置偏差(視差)，來(lái)獲取景物的三維信息。具體實(shí)現(xiàn)是用兩臺(tái)參數(shù)性能相同、位置固定的攝像機(jī)，獲得同一景物的兩幅圖像，計(jì)算同一空間點(diǎn)在兩幅圖像中的視差，從而確定三維空間點(diǎn)的深度信息。單個(gè)空間點(diǎn)的三維信息獲取可用圖來(lái)說(shuō)明，如圖2所示。具體如下兩臺(tái)參數(shù)性能相同的攝像機(jī)，攝像機(jī)采用普通CCD攝像機(jī)，按光軸互相
平行、X軸互相重合、沿X軸相距B的位置放置就構(gòu)成上述基于雙目立體視覺(jué)移動(dòng)車(chē)輛的三
維重建裝置。攝像機(jī)的光軸平行于z軸，圖像平面與(X，y)平面平行。圖中Op O2分別為
左右兩攝像機(jī)的焦點(diǎn)，II、12為左右攝像機(jī)的像平面，pl、p2分別是空間點(diǎn)P在左右像平面
上的成像點(diǎn)，f是攝像機(jī)的焦距。則視差定義為IP1-PrI由相似關(guān)系可導(dǎo)出
BfZ =-
Pl-Pr在攝像機(jī)標(biāo)定部分采用線(xiàn)性和非線(xiàn)性結(jié)合的方法標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)，首先利用直接線(xiàn)性轉(zhuǎn)換模型得到投影矩陣，通過(guò)約束條件分解參數(shù)矩陣，分別求出攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，再將得到的標(biāo)定參數(shù)作為初值，代入非線(xiàn)性方程進(jìn)行優(yōu)化，得到精確的標(biāo)定參數(shù)。在特征提取部分首先提出了一種序列圖像幀差分和二次幀差分的改進(jìn)HIS差分模型，采用自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域檢測(cè)、陰影部分分割和噪聲消除算法，在無(wú)背景圖象條件下自動(dòng)提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域，并對(duì)該目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)和邊緣檢測(cè)。在立體匹配部分提出了基于邊緣特征的立體匹配方法，即先匹配角點(diǎn)，再通過(guò)角點(diǎn)引導(dǎo)邊緣匹配。通過(guò)邊緣檢測(cè)、相關(guān)性檢驗(yàn)和連續(xù)松弛迭代完成匹配全過(guò)程。三維重建過(guò)程攝像機(jī)通過(guò)透視變換獲取空間三維物體的二維圖像，通過(guò)對(duì)三維物體拍攝雙目的圖像，對(duì)圖像對(duì)進(jìn)行濾波去噪、對(duì)比度增強(qiáng)和邊緣檢測(cè)等預(yù)處理，可以得到圖像的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)，在完成匹配后，利用這些數(shù)據(jù)重構(gòu)物體的三維坐標(biāo)。通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)的MATLAB三維重建工具，對(duì)散亂數(shù)據(jù)的三維顯示，實(shí)現(xiàn)雙目視覺(jué)系統(tǒng)三維坐標(biāo)恢復(fù)。設(shè)兩攝像機(jī)的焦距為f，光心距離為b。以左攝像機(jī)為世界坐標(biāo)原點(diǎn)，空間三維點(diǎn)P的世界坐標(biāo)為(X，Y，Z)，其像點(diǎn)在圖像平面的坐標(biāo)分別為(Xl，Y1)和(Xr，yr)。按照成像幾何關(guān)系有[0027]L = i = m
Z1 X1 YlZr Xr Yr本裝置世界坐標(biāo)與攝像機(jī)坐標(biāo)之間的關(guān)系是X = = XIy = Yl=Yr
z- Zr聯(lián)立上式，可得
X^-Xr=b
2,Z j Xi — ~- — —X —、 —(χ； — X、二 b/ / /
Xr = —χ = —χ/ /計(jì)算得空間點(diǎn)的世界坐標(biāo)為
X = X1 = -X1 = -X1 = ~~bf f Xi-XrIy = Yl=^yl =^-Xl
f f Xi-Xr Z = ^b
.Xl~Xr上式就是此處采用的雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)的三維坐標(biāo)回復(fù)算法?？梢?jiàn)，通過(guò)圖像對(duì)視差和像點(diǎn)坐標(biāo)，就可以重構(gòu)空間點(diǎn)三維坐標(biāo)。本實(shí)用新型運(yùn)用MATLAB圖像處理模塊作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，內(nèi)置雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)三
維重建算法。實(shí)際運(yùn)用中，攝像機(jī)采用普通CXD攝像機(jī)，用三腳架對(duì)其固定拍攝。計(jì)算機(jī)內(nèi)部的MATLAB圖像處理模塊進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，在不同的角度和位置通過(guò)讓攝像機(jī)動(dòng)作來(lái)拍攝幾幅模板的圖像，并檢測(cè)拍攝的模板圖像上的角點(diǎn)，以獲取角點(diǎn)坐標(biāo)。將所有的世界坐標(biāo)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的圖像點(diǎn)代入模型，求出攝像機(jī)相對(duì)位置。得到車(chē)身空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而得到三維模型。將拍攝好的照片按順序命名，將一定角度的拍攝圖片輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)采用MATLAB6. 5函數(shù)庫(kù)，Pentium I. 73GHz處理器，256M內(nèi)存。通過(guò)MATLAB三維重建工具，對(duì)散亂數(shù)據(jù)的三維顯示，實(shí)現(xiàn)雙目視覺(jué)系統(tǒng)三維坐標(biāo)恢復(fù)，從而進(jìn)行車(chē)身建模。本實(shí)用新型降低了建模的復(fù)雜程度，大大減少了建模時(shí)間，提高了重建效率。并且提高建模精度。另外，拍攝車(chē)身照片時(shí)，需調(diào)整好拍攝角度，需保證二維照片組中包含車(chē)身的各個(gè)位置。否則存在未拍攝區(qū)域，車(chē)身三維模型將會(huì)失真。拍攝光線(xiàn)也會(huì)影響到建模效果。
權(quán)利要求1.一種基于雙目立體視覺(jué)移動(dòng)車(chē)輛的三維重建裝置，其特征在于，包括兩臺(tái)參數(shù)性能相同的攝像機(jī)，兩臺(tái)攝像機(jī)按光軸互相平行、X軸互相重合、沿X軸相距一段距離設(shè)置，攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)相連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種基于雙目立體視覺(jué)移動(dòng)車(chē)輛的三維重建裝置，包括兩臺(tái)參數(shù)性能相同的攝像機(jī)，兩臺(tái)攝像機(jī)按光軸互相平行、x軸互相重合、沿x軸相距一段距離設(shè)置，攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)相連接。本實(shí)用新型以MATLAB作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定，特征提取，立體匹配，三維重建等過(guò)程，得到車(chē)輛車(chē)身的三維坐標(biāo)，最終建立三維模型。裝置簡(jiǎn)單、成本低、安裝方便，而且能夠提高移動(dòng)車(chē)輛檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，便于廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)G06T17/00GK202362833SQ20112050799
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉凱, 劉永濤, 張倩 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)