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雙目立體視覺技術(shù)的實現(xiàn)及其進展
摘要：闡述了雙目立體視覺技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用的最新動態(tài)及其優(yōu)越性。指出雙目體視技術(shù)的實現(xiàn)分為國像獲取、攝像機標(biāo)定、特片提取、立體匹配和三維重建幾個步驟，詳細(xì)分析了各個步驟的技術(shù)特點、存在的問題和解決方案，并對雙目體視技術(shù)的發(fā)展做了展望。關(guān)鍵詞：雙目立體視覺計算機視覺 立體匹配 攝像機標(biāo)定 特征提取
雙目立體視覺是計算機視覺的一個重要分支，即由不同位置的兩臺或者一臺攝像機（CCD）經(jīng)過移動或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場景，通過計算空間點在兩幅國像中的視差，獲得該點的三維坐標(biāo)值。80年代美國麻省理工學(xué)院人工智能實驗室的Marr提出了一種視覺計算理論并應(yīng)用在雙睛匹配上，使兩張有視差的平面圖產(chǎn)生在深度的立體圖形，奠定了雙目立體視覺發(fā)展理論基礎(chǔ)。相比其他類的體視方法，如透鏡板三維成像、投影式三維顯示、全息照相術(shù)等，雙目本視直接模擬人類雙眼處理景物的方式，可靠簡便，在許多領(lǐng)域均極具應(yīng)用價值，如微操作系統(tǒng)的位姿檢測與控制、機器人導(dǎo)航與航測、三維測量學(xué)及虛擬現(xiàn)實等。
1 雙目體視的技術(shù)特點
雙目標(biāo)視技術(shù)的實現(xiàn)可分為以下步驟：圖像獲取、攝像機標(biāo)定、特征提取、圖像匹配和三維重建，下面依次介紹各個步驟的實現(xiàn)方法和技術(shù)特點。
1.1 圖像獲取
雙目體視的圖像獲取是由不同位置的兩臺或者一臺攝像機（CCD）經(jīng)過移動或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場景，獲取立體圖像對。其針孔模型如圖1。假定攝像機C1與C2的角距和內(nèi)部參數(shù)都相等，兩攝像機的光軸互相平行，二維成像平面X1O1Y1和X2O2Y2重合，P1與P2分別是空間點P在C1與C2上的成像點。但一般情況下，針孔模型兩個攝像機的內(nèi)部參數(shù)不可能完成相同，攝像機安裝時無法看到光軸和成像平面，故實際中難以應(yīng)用。
上海交大在理論上對會攝式雙目體視系統(tǒng)的測量精度與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系作了詳盡分析，并通過試驗指出，對某一特定點進行三角測量。該點測量誤差與兩CCD光軸夾角是一復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系；若兩攝像頭光軸夾角一定，則被測坐標(biāo)與攝像頭坐標(biāo)系之間距離越大，測量得到點距離的誤差就越大。在滿足測量范圍的前提下，應(yīng)選擇兩CCD之間夾角在50℃～80℃之間。
1.2 攝像機的標(biāo)定
對雙目體視而言，CCD攝像機、數(shù)碼相機是利用計算機技術(shù)對物理世界進行重建前的基本測量工具，對它們的標(biāo)定是實現(xiàn)立體視覺基本而又關(guān)鍵的一步。通常先采用單攝像機的標(biāo)定方法，分別得到兩個攝像機的內(nèi)、外參數(shù)；再通過同一世界坐標(biāo)中的一組定標(biāo)點來建立兩個攝像機之間的位置關(guān)系。目前常用的單攝像機標(biāo)定方法主要有：
（1）攝影測量學(xué)的傳統(tǒng)設(shè)備標(biāo)定法。利用至少17個參數(shù)描述攝像機與三維物體空間的結(jié)束關(guān)系，計算量非常大。
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