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基于雙目立體視覺三維重建系統的研究與設計

基于雙目立體視覺三維重建系統的研究與設計

收稿日期:2008-09-18;修回日期:2008-12-05基金項目:國家自然科學基金(10676029)

作者簡介:于 勇(1985-),男,山東安丘人,碩士研究生,研究方向為機器視覺;張 暉,博士,副教授,研究方向為數據挖掘與模式識別;林茂松,碩士,副教授,研究方向為機器視覺與圖像處理。

基于雙目立體視覺三維重建系統的研究與設計

于 勇,張 暉,林茂松

(西南科技大學計算機科學與技術學院,四川綿陽621010)

摘 要:基于雙目的立體視覺方法,介紹了一套由雙工業CCD 構成的立體視覺系統,設計了一套切實可行的三維重建系統方案,其中包括圖像獲取模塊,基于OpenCV 的攝像機標定系統,SIFT 算法實現特征點提取與立體匹配,深度信息計算,Open G L 三維模型重構幾大模塊。系統各模塊經過試驗測試和驗證,能夠通過兩幅圖像恢復出物體三維可見表面幾何形

狀,充分發揮了OpenCV 函數庫的功能,基本上能滿足三維重建目標的要求,尤其對城市景觀的三維重建有較大應用價值。關鍵詞:三維重建;雙目視覺;OpenCV ;張正友標定;SIFT 算法

中圖分類號:TP18      文獻標識碼:A        文章編號:1673-629X (2009)06-0127-04

R esearch and Design of the 3D R econstruction System

B ased on Binocular Stereo Vision

YU Y ong ,ZHAN G Hui ,L IN Mao 2song

(Sch.of Computer Sci.&Tech.,S outhwest University of Sci.and Tech.,Mianyang 621010,China )

Abstract :Based on binocular stereo vision methods ,introduced a three -dimensional visual system constituted by a pair of industrial CCD ,designed a practical system of three -dimensional programme ,including image acquisition module ,camera calibration system based on the OpenCV ,feature extraction and matching based on SIFT algorithm ,in -depth information calculated ,3D model reconstruction based Open G L several modules.After the test and verify ,it can restoration 3D visible surface geometry of the object through two images ,give full play to the OpenCV library functions ,it can basically meet the requirements of three -dimensional reconstruction objectives ,in par 2ticular has a greater value in the urban landscape reconstruction.

K ey w ords :3D reconstruction ;binocular ;OpenCV ;Zhengyou Zhang calibration ;SIFT

0 引 言

用立體視覺方法進行三維重建[1],在計算機視覺中是指由兩幅或多幅二維圖像恢復物體三維可見表面幾何形狀的方法。對生物視覺系統,人們早就注意到,幾乎所有具有視覺的生物都有兩個眼睛。用兩個眼睛同時觀察物體時,會有深度或遠近的感覺。立體電影之所以有逼真的深度感,也是仿照了立體視覺原理。在立體電影拍攝中,用兩個攝像機同時拍攝,而在放映時,將兩個攝像機拍攝的圖像同時投影到屏幕上,并利用偏振光的原理,使人的雙眼分別看到左右攝像機拍攝的圖像,從而使人感到真實三維場景的立體感。在計算機立體視覺系統中,也可以利用攝像機從不同角度獲取同一景物的兩幅圖像,然后利用三維重建原理,

由計算機重建景物的三維形狀,恢復出物體的空間位置信息。

1 三維重建原理

1.1 圖像獲取

立體圖像的獲取是立體視覺的基礎,圖像獲取[2]

的方式很多,主要取決于應用的場合和目的,還要考慮視點差異、光照條件、攝像機性能以及景物特點等因素的影響,以利于立體計算。

1.2 攝像機標定

攝像機標定[3]是為了建立成像模型、確定攝像機的位置和屬性參數,以確定空間坐標系中物體點同它的像點之間的對應關系。兩個攝像機都要標定,如果攝像機是固定的,當從2-D 計算機圖像坐標推導3-D 信息時,只需一次標定。

攝像機的標定方法可分為兩大類:第一類是直接估計攝像機的位置、光軸方向、焦距等參數;第二類是通過最小二乘法擬合,確定三維空間點映射為二維圖

第19卷 第6期2009年6月         計算機技術與發展COMPU TER TECHNOLO GY AND DEV ELOPMEN T

        Vol.19 No.6J une  2009

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