基于立体视觉的图像测量技术研究

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随着人们对物体尺寸测量需求的持续增长、测量精度要求的不断提高、以及研究人员对图像处理技术和计算机视觉领域的深入探索,基于立体视觉的图像测量技术得到了迅速发展,其中,单目立体视觉和双目立体视觉占据主流研究地位。但就目前的研究现状而言,单目立体视觉图像测量技术虽然以其原理及设备简单的优势被广泛地研究与应用,但仍需要借助一些辅助工具来弥补单张图片中丢失三维世界深度信息的不足,且多应用于测距和测高;双目立体视觉图像测量技术虽然可以通过待测点在采集到的图像对中的对应关系还原待测点的三维坐标,但也有很多因素不同程度地影响到测量效果。本文分别针对单目立体视觉图像测量技术和双目立体视觉图像测量技术进行研究。在单目立体视觉图像测量技术的研究中,将相机俯仰角引入传统的相机内参几何标定法中,设计了一种基于两条水平平行线的相机俯仰角标定法,并针对物体高度测量和道路病害面积测量建立单目立体视觉模型;在双目立体视觉图像测量技术的研究中,分析了影响平行式双目立体视觉图像测量精度以及测量范围的因素,针对影响测量精度的因素进行改进,搭建双目立体视觉图像测量模型。本文的主要研究工作如下:(1)针对标定相机俯仰角的方法进行研究,结合实际拍摄环境,设计出一种基于两条水平平行线的相机俯仰角标定法,并将该方法应用于单目立体视觉图像测量技术中。(2)在传统的单目立体视觉相机内参几何标定法中引入相机俯仰角作为参数,并针对物体高度测量和道路病害面积测量两种情况分别建立适用的单目立体视觉模型。在此基础上,使用单目立体视觉测量模型对人体身高和小零件的高度参数进行了测量,并在假设道路病害为矩形的前提下,对模拟病害(A4纸)、模拟病害(地砖格)和真实的道路病害进行了面积测量。并对单目立体视觉测量进行了性能分析:相机分辨率和待测目标物类型会影响到单目立体视觉的可测量距离;若使用单目立体视觉模型进行空间测量,涉及到大量的建模运算过程。(3)针对平行式双目立体视觉图像测量模型,研究了影响双目视觉测量范围以及测量精度的因素,如双目相机的基距和相机分辨率会影响到双目立体视觉图像测量系统的可测量范围上限,而两相机焦距是否一致、两相机是否满足对极约束条件则影响到系统的测量精度。针对影响测量精度的因素进行改进,搭建双目立体视觉图像测量模型,使用该模型从不同距离和不同角度对待测目标物进行测量,以验证该模型的测量能力。(4)针对单目立体视觉图像测量和双目立体视觉图像测量的各项指标进行分析,如所使用的硬件设备、是否需要人为测量环境参数、是否对拍摄环境有所要求、进行各种测量时的模型计算量、可测量范围、测量误差。并对两种基于立体视觉的图像测量方法中的上述指标进行了对比。
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