便攜型立體視覺測量系統(tǒng)相關技術研究.pdf

1、本文設計研制了基于攝影測量原理的便攜型立體視覺測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在不借助激光、光柵、反差增強劑等輔助設施的情況下，利用普通圖像和立體視覺測量的方法獲取所測物體的形貌及三維深度信息，能夠滿足快速測量及建模的大部分需求，具有體積小、成本低、開發(fā)容易、攜帶方便等優(yōu)點。 對便攜型立體視覺測量系統(tǒng)的相關技術進行了研究，包括攝影測量器材的選擇、系統(tǒng)結構組合等硬件平臺的搭建；圖像獲取與處理、立體匹配、三維深度信息提取、深度數(shù)據(jù)存儲等軟件模塊的實

2、現(xiàn)；系統(tǒng)標定及測量精度的分析和評價等，最后通過實例示范了系統(tǒng)的使用方法及三維建模的過程，系統(tǒng)可準確完整地獲取小型物體(包括紋理單一的機械零件)的三維形貌信息，測量精度能夠滿足逆向工程、虛擬工程、動畫制作等領域中測量及建模的要求。 課題的主要工作和創(chuàng)新之處包括以下幾個方面： 1、通過引入數(shù)字量化效應修正了立體視覺系統(tǒng)測量模型，估計了系統(tǒng)的有效視場，分析了系統(tǒng)的測量精度，并對系統(tǒng)的結構提出了優(yōu)化方案。在工程中可以根據(jù)攝像機參

3、數(shù)、基線長度、測量距離等參數(shù)估計測量誤差；也可根據(jù)測量精度要求，指導立體視覺測量系統(tǒng)的結構設計。 2、提出了針對單一紋理表面的立體匹配方法，擴大了攝影測量的適用對象和應用范圍。通過邊緣檢測、極線幾何和立體圖像邊緣的相關性確定圖像的匹配約束和搜索范圍，結合不同的匹配窗口和對局部區(qū)域進行由粗到精的漸次匹配、并利用全局松弛和濾波得到高密度高質量的視差圖。實驗證明該方法提高了匹配效率，一定程度上克服了表面反射和單一紋理的困擾，提高了測量

4、數(shù)據(jù)的質量，所得結果可用于機械零件的三維重建。 3、提出了針對攝影測量所得點云數(shù)據(jù)的濾波和精簡的新方法。攝影測量所得點云數(shù)據(jù)中噪聲較多，脈沖噪聲和隨機噪聲同時存在，孤點與成段的數(shù)據(jù)段難以區(qū)別特征點與噪聲，普通方法不能很好地區(qū)分。針對該問題提出了一種基于形態(tài)學的濾波算法。實驗證明該方法運算速度快，不僅能濾除孤點、成段的噪點，還能對某些遮擋或陡峭區(qū)域進行一定程度的修補。攝影測量所得數(shù)據(jù)量較大，一次拍攝所得的原始數(shù)據(jù)通常有幾兆到幾十兆

5、字節(jié)，這種情況無論是對于數(shù)據(jù)量的傳輸還是后期的表面重構都帶來很大的困難。為了降低數(shù)據(jù)的冗余度，本文采取圖像處理的手段對點云數(shù)據(jù)進行精簡，使用閾值分割的方法自動確定精簡比，實驗證明精簡后的數(shù)據(jù)保持了原有特征，可用于深度信息的保存及后續(xù)步驟的進行。 4、改進了基于二維圖像的三維重構過程，提出了一種三維圖像格式，利用普通二維圖像結合攝影測量所得數(shù)據(jù)生成三維圖像，既擁有二維圖像供查看和傳播的便利性，又擁有三維深度信息的完整性，可供三維重構使用或

6、用于二次開發(fā)，為三維圖像提供了一種新思路，拓寬了視覺測量系統(tǒng)的應用領域。 5、開發(fā)了一套新的便攜型視覺測量及建模系統(tǒng)，在幾個關鍵技術上提出了解決方案，基本實現(xiàn)了小型物體三維形貌的獲取功能。以機械零件為例對系統(tǒng)及各種算法進行研究，證明了設備、算法和系統(tǒng)用于測量和建模的可行性。 該系統(tǒng)低廉的價格、靈活的開發(fā)方式使其具有較大的使用群體和更廣闊的應用范圍。可用于場景、中小型物體特別是機械零件的三維測量和建模，在逆向工程設計、多媒