多摄像机三维测量系统标定方法及点云融合研究
发布时间：2021-09-03 11:53
光栅投影三维测量技术作为三维测量领域最受欢迎的发展方向,有着非接触、精度高等优点,而多摄像机三维测量系统相较于单摄像机系统而言,视场更大,应用范围更加广泛。本文对多摄像机光栅投影系统的标定,以及点云的后续融合优化进行了研究,并提出了新方法,在搭建的实物系统上验证了所提方法的有效性,主要工作如下:（1）本文提出了一种多摄像机系统配置方案以及全局标定方法,设计了一种三维立方体标定物,每个视角下的摄像机只对立体标定物的一个面进行标定,由于立体标定物的多个面本身已经处于一个统一的世界坐标系下,故其多个面下的特征点坐标自然处于统一的世界坐标系,因此只需对多个摄像机同时进行一次平面标定即可完成全局标定。另外,针对该标定方法的整体误差,本文提出一种修正方法,利用标定物上所设特征点的世界坐标和实际重建出的特征点坐标之间的偏差来求取修正参数,将该参数应用到测量中,提高整体点云的精度。实验结果表明本文提出的方法切实可行。（2）针对多摄像机系统测量点云的重叠现象,本文提出了一种合并重叠点云的融合方法。首先,根据系统的结构特点,利用投影法来简单而准确地提取出重叠区域在图像中的位置,并对应到三维空间的重叠区域;...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图像物理坐标和图像像素坐标的关系
第二章三维测量基础理论11图2-2摄像机的成像原理图中展现了四个坐标系之间的关系，根据小孔成像模型，空间中一点P(xw,yw,zw)T透过摄像机镜头在像平面成像为p(u,v)T，首先从世界坐标系转换成摄像机坐标系，然后从摄像机坐标系转换到图像物理坐标系，最后从图像物理坐标系转换到图像像素坐标系，其中第一步和第三步的转换都是同维度坐标系的转换，第二步是从空间坐标系转换到平面坐标系，由三角形相似原理得到：,ccccxfyfxzyz==(2.4)其中f表示摄像机的焦距。将上述关系写成矩阵形式：000000100101ccccxxfyzyfz=(2.5)将上述式子结合就得到了摄像机的成像模型：0010000100001100100011wwTwuxdxufysvvfdyz=RT0(2.6)可简化为：11wwwxuysvz=KRT(2.7)
东南大学硕士学位论文12其中：0000001xyfufv=K(2.8)其中，s为比例因子，fx，fy表示x，y轴上的等效焦距，(u0,v0)T表示主点位置坐标。K称为摄像机的内参矩阵，总共包含fx，fy，u0，v0四个未知参数，内参矩阵是摄像机内部的参数，和摄像机的结构相关，和摄像机的位置无关。R和T为摄像机的外部参数，和摄像机的位置以及选取的世界坐标系有关，和摄像机内部结构无关。求解以上的未知量就叫做摄像机标定。以上的描述称为摄像机的线性模型。2.1.3摄像机非线性模型摄像机也存在非线性模型，如镜头的畸变。畸变通常发生在远离图像中心的位置，用线性模型难以描述镜头畸变，于是引入了非线性模型：()(),,duxuuduyuuxxxyyyxy=+=+(2.9)其中(xu,yu)T是通过线性模型计算出的理想的图像坐标，(xd,yd)T是加入畸变后的实际的图像坐标，δx、δy分别是x、y方向上表示畸变的非线性函数，与图像中点的位置有关。一般情况下只考虑径向畸变和切向畸变，两种畸变的情况如图2-3所示：图2-3摄像机畸变(1)径向畸变从图2-3中可以看出径向畸变为半径方向的畸变，实际点会沿着半径方向偏移，偏移的大小与点的位置有关，其中沿着半径向内偏移的称为桶形畸变，沿着半径向外偏移的称为枕形畸变，偏移的形状如图2-4所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新的360°三维测量系统及标定技术[J]. 吴庆阳,曾增,张佰春,吴泽俊,郑国梁,李景镇. 中国激光. 2017(04)
[2]基于光栅投影的多摄像机标定方法[J]. 汤明,达飞鹏,盖绍彦. 仪器仪表学报. 2016(09)
[3]基于多视几何的重叠点云删除算法[J]. 郭进,袁建英,陈小宁. 计算机工程与设计. 2014(03)
[4]结合图像特征的多视拼接数据的消冗处理[J]. 储珺,冯莉莉,王璐,张桂梅. 计算机应用研究. 2013(06)
[5]多站拼接后三维激光扫描点云的消冗处理[J]. 盛业华,张凯,张卡. 测绘通报. 2010(03)
[6]一种新的快速解相位方法[J]. 盖绍彦,达飞鹏. 光学学报. 2008(02)
[7]基于标志点的多视角三维测量数据配准技术的研究[J]. 罗先波,钟约先,李仁举,周绿. 计量技术. 2004(05)
[8]深度图像合成的主次缝合线方法[J]. 张宗华,彭翔,胡小唐. 工程图学学报. 2001(02)
博士论文
[1]基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究[D]. 李中伟.华中科技大学 2009
[2]多摄像机视频监控中运动目标检测与跟踪[D]. 梁华.国防科学技术大学 2009
硕士论文
[1]多摄像机光栅投影三维测量系统的标定方法研究[D]. 汤明.东南大学 2017
本文编号：3381064
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图像物理坐标和图像像素坐标的关系
第二章三维测量基础理论11图2-2摄像机的成像原理图中展现了四个坐标系之间的关系，根据小孔成像模型，空间中一点P(xw,yw,zw)T透过摄像机镜头在像平面成像为p(u,v)T，首先从世界坐标系转换成摄像机坐标系，然后从摄像机坐标系转换到图像物理坐标系，最后从图像物理坐标系转换到图像像素坐标系，其中第一步和第三步的转换都是同维度坐标系的转换，第二步是从空间坐标系转换到平面坐标系，由三角形相似原理得到：,ccccxfyfxzyz==(2.4)其中f表示摄像机的焦距。将上述关系写成矩阵形式：000000100101ccccxxfyzyfz=(2.5)将上述式子结合就得到了摄像机的成像模型：0010000100001100100011wwTwuxdxufysvvfdyz=RT0(2.6)可简化为：11wwwxuysvz=KRT(2.7)
东南大学硕士学位论文12其中：0000001xyfufv=K(2.8)其中，s为比例因子，fx，fy表示x，y轴上的等效焦距，(u0,v0)T表示主点位置坐标。K称为摄像机的内参矩阵，总共包含fx，fy，u0，v0四个未知参数，内参矩阵是摄像机内部的参数，和摄像机的结构相关，和摄像机的位置无关。R和T为摄像机的外部参数，和摄像机的位置以及选取的世界坐标系有关，和摄像机内部结构无关。求解以上的未知量就叫做摄像机标定。以上的描述称为摄像机的线性模型。2.1.3摄像机非线性模型摄像机也存在非线性模型，如镜头的畸变。畸变通常发生在远离图像中心的位置，用线性模型难以描述镜头畸变，于是引入了非线性模型：()(),,duxuuduyuuxxxyyyxy=+=+(2.9)其中(xu,yu)T是通过线性模型计算出的理想的图像坐标，(xd,yd)T是加入畸变后的实际的图像坐标，δx、δy分别是x、y方向上表示畸变的非线性函数，与图像中点的位置有关。一般情况下只考虑径向畸变和切向畸变，两种畸变的情况如图2-3所示：图2-3摄像机畸变(1)径向畸变从图2-3中可以看出径向畸变为半径方向的畸变，实际点会沿着半径方向偏移，偏移的大小与点的位置有关，其中沿着半径向内偏移的称为桶形畸变，沿着半径向外偏移的称为枕形畸变，偏移的形状如图2-4所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新的360°三维测量系统及标定技术[J]. 吴庆阳,曾增,张佰春,吴泽俊,郑国梁,李景镇. 中国激光. 2017(04)
[2]基于光栅投影的多摄像机标定方法[J]. 汤明,达飞鹏,盖绍彦. 仪器仪表学报. 2016(09)
[3]基于多视几何的重叠点云删除算法[J]. 郭进,袁建英,陈小宁. 计算机工程与设计. 2014(03)
[4]结合图像特征的多视拼接数据的消冗处理[J]. 储珺,冯莉莉,王璐,张桂梅. 计算机应用研究. 2013(06)
[5]多站拼接后三维激光扫描点云的消冗处理[J]. 盛业华,张凯,张卡. 测绘通报. 2010(03)
[6]一种新的快速解相位方法[J]. 盖绍彦,达飞鹏. 光学学报. 2008(02)
[7]基于标志点的多视角三维测量数据配准技术的研究[J]. 罗先波,钟约先,李仁举,周绿. 计量技术. 2004(05)
[8]深度图像合成的主次缝合线方法[J]. 张宗华,彭翔,胡小唐. 工程图学学报. 2001(02)
博士论文
[1]基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究[D]. 李中伟.华中科技大学 2009
[2]多摄像机视频监控中运动目标检测与跟踪[D]. 梁华.国防科学技术大学 2009
硕士论文
[1]多摄像机光栅投影三维测量系统的标定方法研究[D]. 汤明.东南大学 2017
本文编号：3381064
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