基于双目立体视觉的三维重构研究

立体视觉技术是计算机视觉领域的经典课题,双目立体视觉由于具有仿人类双目的特点,成为立体视觉领域的热点。本文以移动机器人的双目立体视觉导航为背景,开展了立体标定、图像预处理、立体匹配及三维重构等技术的研究。 在立体标定阶段,本文采用张正友的方法实现了单摄像机的标定并完成了图像畸变的修正,进而采用Fusiello的方法实现了双摄像机的标定并完成了立体图对的外极线校准。 在图像的预处理阶段,本文对LOG滤波算法进行了改进,使用了一种四阶段的预处理方法,有效地消除了图像的噪声、平衡了立体图对间的亮度差异。 在立体匹配阶段,本文以获得致密的视差场为目的,对区域匹配方法进行了详细的研究,比较了不同算子以及不同窗口对匹配性能的影响。 在三维重构阶段,本文针对映射法的缺点,提出了一种对空间离散点集进行直接三角剖分的方法。该方法通过引入三角形法向量夹角、阈值距离以及最小内角等几个参数对三角形的生长进行约束,同时利用生长法,对空间中的离散点集进行逐步三角划分,直至所有三角形扩展完毕。实验结果表明,该算法使最优点的搜索范围大大降低,提高了三角形扩展的准确性,保证了三角网格的质量,可以准确高效的对空间中的离散点集进行直接三角剖分,具有很高的实用价值。同时,本文采用OpenGL作为可视化工具,使重构效果更加直观、形象。 最后,我们在现有的双目视觉系统下,完成了包括立体图对的采集、标定、预处理、立体匹配及视差图的后处理、三维重构及可视化等全部环节在内的整合实验,验证了基于双目立体视觉进行三维重构的可行性,为完成移动机器人的视觉导航任务奠定了基础。