双目视差测距中的立体匹配技术研究

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人眼获得周围环境大致距离的主要原理是视差测距原理。随着光电子器件、计算机技术和软件工程的发展,以双目视差原理为基础的的立体视觉测量技术迅速发展,已在军事对抗,工业生产,机器人视觉,工程勘探等方面得到广泛应用。本课题的主要工作是研究基于双目视差原理的相机测距技术,对其中的关键技术图像匹配做重点研究。构建硬件和软件系统,通过模仿人眼视觉的立体感知过程,用两相机从两个视点对目标物体成像,经过图像处理获取视差,进而从中提取出目标物体的深度信息。课题完成了一个完整的视差测距过程,分别经过了图像获取、摄像机标定、图像校正、立体匹配和三维信息提取五大部分。其中摄像机标定是立体视差测距系统的基础,标定参数的准确与否对测量精度以及之后的立体图像配准、深度信息提取都有着重要影响。相机标定本文选取了Matlab标定工具箱方法和OpenCV中的摄像机标定方法,从实时性,准确性方面比较了实验结果,选用了更快速准确的OpenCV摄像机标定法。图像匹配是获取视差的关键技术,对视差测距的约束也主要体现在所采用的配准策略上。图像匹配技术选取了基于全局的GraphCut图切割匹配法和基于区域的Block Matching块匹配法做重点研究,并且对它们的标定准确性和匹配效果做了实验验证。根据理论分析和实验要求,本课题还构建了一个双相机测距系统,完成了距离30米以内物体的测距,且保证精度在2%以下。之后文章分析并确定了距离500米以上,精度误差在5%以下的测距系统结构参数,并对系统的距离分辨率和系统测量精度进行了理论推导,给出了距离分辨率和系统测量精度随系统结构参数的变化曲线,对今后双目立体视差测距系统应用于实际中具有一定的参考价值。
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