1、立體視覺(jué)的發(fā)展方向

就雙目立體視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀而言，要構(gòu)造出類(lèi)似于人眼的通用雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)，還有很長(zhǎng)的路要走，進(jìn)一步的研究方向可歸納如下：

（1）如何建立更有效的雙目立體視覺(jué)模型，能更充分地反映立體視覺(jué)不去確定性的本質(zhì)屬性，為匹配提供更多的約束信息，降低立體匹配的難度。

（2）探索新的適用于全面立體視覺(jué)的計(jì)算理論和匹配擇有效的匹配準(zhǔn)則和算法結(jié)構(gòu)，以解決存在灰度失真，幾何畸變（透視，旋轉(zhuǎn)，縮放等），噪聲干擾，特殊結(jié)構(gòu)（平坦區(qū)域，重復(fù)相似結(jié)構(gòu)等），及遮掩景物的匹配問(wèn)題；

（3）算法向并行化發(fā)展，提高速度，減少運(yùn)算量，增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性；

（4）強(qiáng)調(diào)場(chǎng)景與任務(wù)的約束，針對(duì)不同的應(yīng)用目的，建立有目的的面向任務(wù)的雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)。

雙目立體視覺(jué)這一有著廣闊應(yīng)用前景的學(xué)科，隨著光學(xué)，電子學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將不斷進(jìn)步，逐漸實(shí)用化，不僅將成為工業(yè)檢測(cè)，生物醫(yī)學(xué)，虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。目前在國(guó)外，雙目立體視覺(jué)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，生活中，而我國(guó)正處于初始階段，尚需要廣大科技工作者共同努力，為其發(fā)展做出貢獻(xiàn)。在機(jī)器視覺(jué)賴(lài)以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的需求是決定性的。制造業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)了對(duì)機(jī)器視覺(jué)需求的提升；也決定了機(jī)器視覺(jué)將由過(guò)去單純的采集、分析、傳遞數(shù)據(jù)，判斷動(dòng)作，逐漸朝著開(kāi)放性的方向發(fā)展，這一趨勢(shì)也預(yù)示著機(jī)器視覺(jué)將與自動(dòng)化更進(jìn)一步的融合。需求決定產(chǎn)品，只有滿(mǎn)足需求的產(chǎn)品才有生存的空間，這是不變的規(guī)律,機(jī)器視覺(jué)也是如此。

2、國(guó)外研究動(dòng)態(tài)

雙目體視目前主要應(yīng)用于四個(gè)領(lǐng)域：機(jī)器人導(dǎo)航、微操作系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、三維測(cè)量和虛擬現(xiàn)實(shí)。

日本大阪大學(xué)自適應(yīng)機(jī)械系統(tǒng)研究院研制了一種自適應(yīng)雙目視覺(jué)伺服系統(tǒng)，利用雙目體視的原理，如每幅圖像中相對(duì)靜止的三個(gè)標(biāo)志為參考，實(shí)時(shí)計(jì)算目標(biāo)圖像的雅可比短陣，從而預(yù)測(cè)出目標(biāo)下一步運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)方式未知的目標(biāo)的自適應(yīng)跟蹤。該系統(tǒng)僅要求兩幅圖像中都有靜止的參考標(biāo)志，無(wú)需攝像機(jī)參數(shù)。而傳統(tǒng)的視覺(jué)跟蹤伺服系統(tǒng)需事先知道攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)、光學(xué)等參數(shù)和目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方式。

日本奈良科技大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院提出了一種基于雙目立體視覺(jué)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（AR）注冊(cè)方法，通過(guò)動(dòng)態(tài)修正特征點(diǎn)的位置提高注冊(cè)精度。該系統(tǒng)將單攝像機(jī)注冊(cè)（MR）與立體視覺(jué)注冊(cè)（SR）相結(jié)合，利用MR和三個(gè)標(biāo)志點(diǎn)算出特征點(diǎn)在每個(gè)圖像上的二維坐標(biāo)和誤差，利用SR和圖像對(duì)計(jì)算出特征點(diǎn)的三維位置總誤差，反復(fù)修正特征點(diǎn)在圖像對(duì)上的二維坐標(biāo)，直至三維總誤差小于某個(gè)閾值。該方法比僅使用MR或SR方法大大提高了AR系統(tǒng)注冊(cè)深度和精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2，白板上三角開(kāi)的三頂點(diǎn)被作為單攝像機(jī)標(biāo)定的特征點(diǎn)，三個(gè)三角形上的模型為虛擬場(chǎng)景，烏龜是真實(shí)場(chǎng)景，可見(jiàn)基本上難以區(qū)分出虛擬場(chǎng)景（恐龍）和現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景（烏龜）。

日本東京大學(xué)將實(shí)時(shí)雙目立體視覺(jué)和機(jī)器人整體姿態(tài)信息集成，開(kāi)發(fā)了仿真機(jī)器人動(dòng)態(tài)行長(zhǎng)導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分兩個(gè)步驟：首先，利用平面分割算法分離所拍攝圖像對(duì)中的地面與障礙物，再結(jié)合機(jī)器人身體姿態(tài)的信息，將圖像從攝像機(jī)的二維平面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到描述軀體姿態(tài)的世界坐標(biāo)系，建立機(jī)器人周?chē)鷧^(qū)域的地圖；基次根據(jù)實(shí)時(shí)建立的地圖進(jìn)行障礙物檢測(cè)，從而確定機(jī)器人的行走方向。

日本岡山大學(xué)使用立體顯微鏡、兩個(gè)CCD攝像頭、微操作器等研制了使用立體顯微鏡控制微操作器的視覺(jué)反饋系統(tǒng)，用于對(duì)細(xì)胞進(jìn)行操作，對(duì)鐘子進(jìn)行基因注射和微裝配等。

麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提出了一種新的用于智能交通工具的傳感器融合方式，由雷達(dá)系統(tǒng)提供目標(biāo)深度的大致范圍，利用雙目立體視覺(jué)提供粗略的目標(biāo)深度信息，結(jié)合改進(jìn)的圖像分割算法，能夠在高速環(huán)境下對(duì)視頻圖像中的目標(biāo)位置進(jìn)行分割，而傳統(tǒng)的目標(biāo)分割算法難以在高速實(shí)時(shí)環(huán)境中得到令人滿(mǎn)意的結(jié)果，系統(tǒng)框圖如圖3。

華盛頓大學(xué)與微軟公司合作為火星衛(wèi)星“探測(cè)者”號(hào)研制了寬基線(xiàn)立體視覺(jué)系統(tǒng)，使“探測(cè)者”號(hào)能夠在火星上對(duì)其即將跨越的幾千米內(nèi)的地形進(jìn)行精確的定位玫導(dǎo)航。系統(tǒng)使用同一個(gè)攝像機(jī)在“探測(cè)者”的不同位置上拍攝圖像對(duì)，拍攝間距越大，基線(xiàn)越寬，能觀(guān)測(cè)到越遠(yuǎn)的地貌。系統(tǒng)采用非線(xiàn)性?xún)?yōu)化得到兩次拍攝圖像時(shí)攝像機(jī)的相對(duì)準(zhǔn)確的位置，利用魯棒性強(qiáng)的最大似然概率法結(jié)合高效的立體搜索進(jìn)行圖像匹配，得到亞像素精度的視差，并根據(jù)此視差計(jì)算圖像對(duì)中各點(diǎn)的三維坐標(biāo)。相比傳統(tǒng)的體視系統(tǒng)，能夠更精確地繪制“探測(cè)者”號(hào)周?chē)牡孛埠鸵愿叩木扔^(guān)測(cè)到更遠(yuǎn)的地形。

3、國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)

浙江大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)完全利用透視成像原理，采用雙目體視方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)多自由度機(jī)械裝置的動(dòng)態(tài)、精確位姿檢測(cè)，僅需從兩幅對(duì)應(yīng)圖像中抽取必要的特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，信息量少，處理速度快，尤其適于動(dòng)態(tài)情況。與手眼系統(tǒng)相比，被測(cè)物的運(yùn)動(dòng)對(duì)攝像機(jī)沒(méi)有影響，且不需知道被測(cè)物的運(yùn)動(dòng)先驗(yàn)知識(shí)和限制條件，有利于提高檢測(cè)精度。

維視圖像公司采用雙目CCD相機(jī)，從相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定、鏡頭畸變標(biāo)定、立體匹配、特征點(diǎn)分割處理等方面給出了詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型和算法接口。其雙目標(biāo)定軟件CCAS采用了張正友平面標(biāo)定法，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航、微操作系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、三維測(cè)量和虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用。

東南大學(xué)電子工程系基于雙目立體視覺(jué)，提出了一種灰度相關(guān)多峰值視差絕對(duì)值極小化立體匹配新方法，可對(duì)三維不規(guī)則物體（偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈）的三維空間坐標(biāo)進(jìn)行非接觸精密測(cè)量。

哈工大采用異構(gòu)雙目活動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全自主足球機(jī)器人導(dǎo)航。將一個(gè)固定攝像機(jī)和一個(gè)可以水平旋轉(zhuǎn)的攝像機(jī)，分別安裝在機(jī)器人的頂部和中下部，可以同時(shí)監(jiān)視不同方位視點(diǎn)，體現(xiàn)出比人類(lèi)視覺(jué)優(yōu)越的一面。通過(guò)合理的資源分配及協(xié)調(diào)機(jī)制，使機(jī)器人在視野范圍、測(cè)跟精度及處理速度方面達(dá)到最佳匹配。雙目協(xié)調(diào)技術(shù)可使機(jī)器人同時(shí)捕捉多個(gè)有效目標(biāo)，觀(guān)測(cè)相遇目標(biāo)時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)融合，也可提高測(cè)量精度。在實(shí)際比賽中其他傳感器失效的情況下，僅僅依靠雙目協(xié)調(diào)仍然可以實(shí)現(xiàn)全自主足球機(jī)器人導(dǎo)航。

火星863計(jì)劃課題“人體三維尺寸的非接觸測(cè)量”，采用“雙視點(diǎn)投影光柵三維測(cè)量”原理，由雙攝像機(jī)獲取圖像對(duì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，不僅可以獲取服裝設(shè)計(jì)所需的特征尺寸，還可根據(jù)需要獲取人體圖像上任意一點(diǎn)的三維坐標(biāo)。該系統(tǒng)已通過(guò)中國(guó)人民解放軍總后勤部軍需部鑒定?？蛇_(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：數(shù)據(jù)采集時(shí)間小于5s/人；提供身高、胸圍、腰圍、臀圍等圍度的測(cè)量精度不低于1.0cm。