雙目立體視覺的研究一直是機(jī)器視覺中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。使用雙目立體視覺系統(tǒng)可以確定任意物體的三維輪廓，并且可以得到輪廓上任意點(diǎn)的三維坐標(biāo)。因此雙目立體視覺系統(tǒng)可以應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。本文將主要介紹如何基于CCAS實(shí)現(xiàn)雙目立體視覺系統(tǒng)，以及立體視覺的基本理論、方法和相關(guān)技術(shù)，為搭建雙目立體視覺系統(tǒng)和提高算法效率提供了參考。

 

雙目立體視覺是機(jī)器視覺的一種重要形式，它是基于視差原理并由多幅圖像獲取物體三維幾何信息的方法。雙目立體視覺系統(tǒng)一般由雙攝像機(jī)從不同角度同時(shí)獲得被測(cè)物的兩幅數(shù)字圖像，或由單攝像機(jī)在不同時(shí)刻從不同角度獲得被測(cè)物的兩幅數(shù)字圖像，并基于視差原理恢復(fù)出物體的三維幾何信息，重建物體三維輪廓及位置。雙目立體視覺系統(tǒng)在機(jī)器視覺領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

 

CCAS雙目視覺定位原理

 

由以上雙目視覺系統(tǒng)的基本原理可知，為了獲得三維空間中某點(diǎn)的三維坐標(biāo)，需要在左右兩個(gè)攝像機(jī)像面上都存在該點(diǎn)的相應(yīng)點(diǎn)。立體視覺系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為交叉擺放的兩個(gè)攝像機(jī)從不同角度觀測(cè)同一被測(cè)物體。這樣通過(guò)求得兩個(gè)圖像中相應(yīng)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，便可以由雙目立體視覺測(cè)量原理求取三維空間坐標(biāo)。事實(shí)上，獲取兩幅圖像也可以由一個(gè)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)，如一個(gè)攝像機(jī)通過(guò)給定方式的運(yùn)動(dòng)，在不同位置觀測(cè)同一個(gè)靜止的物體，或者通過(guò)光學(xué)成像方式將兩幅圖像投影到一個(gè)攝像機(jī)，都可以滿足要求。但是據(jù)維視圖像資深視覺工程師介紹，一般來(lái)說(shuō)，還是建議用雙相機(jī)系統(tǒng)，單相機(jī)在不同位置拍照時(shí)很難精確確認(rèn)相機(jī)位置。

 

各種雙目視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，這些結(jié)構(gòu)適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)要求大測(cè)量范圍和較高測(cè)量精度的場(chǎng)合，采用基于雙攝像機(jī)的雙目立體視覺系統(tǒng)比較合適；對(duì)測(cè)量范圍要求比較小，對(duì)視覺系統(tǒng)體積和質(zhì)量要求嚴(yán)格，需要高速度實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)象，基于光學(xué)成像的單攝像機(jī)雙目立體視覺系統(tǒng)便成為最佳選擇。

 

基于雙攝像機(jī)的雙目立體視覺系統(tǒng)必須安裝在一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)上，在進(jìn)行雙目視覺系統(tǒng)標(biāo)定以及應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要確保攝像機(jī)的內(nèi)參(比如焦距)和兩個(gè)攝像機(jī)相對(duì)位置關(guān)系不能夠發(fā)生變化，如果任何一項(xiàng)發(fā)生變化，則需要重新對(duì)雙目立體視覺系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。

CCAS雙相機(jī)模型

 

為了得到圖像中某點(diǎn)的三維信息，需要在另一幅圖像中找到該點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)。因此想獲得物體的深度信息，首先需要對(duì)校正后的立體圖像對(duì)進(jìn)行匹配。由于經(jīng)過(guò)校正后，兩幅圖像中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)在圖像的同一行中，因此在匹配時(shí)只需要在相應(yīng)的行中尋找匹配點(diǎn)。為了得到更佳的匹配結(jié)果，如果被測(cè)物體表面沒有明顯的特征信息，則需要測(cè)量時(shí)在物體表面增加特征點(diǎn)。另外要避免被測(cè)物體上重復(fù)圖案在同一行中。

 

以視覺系統(tǒng)為基礎(chǔ)的三維外形輪廓的非接觸式、高速測(cè)量是一個(gè)重要的研究方向，雙目立體視覺方法是其中一種最常用的方法。本文介紹了雙目立體視覺的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法以及標(biāo)定和匹配等相關(guān)技術(shù)。雙目立體視覺系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,為了能夠?qū)⑦@些技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際的工程中，需要盡可能提高算法的效率與精度。