基于红外与可见光双波段图像的立体视觉关键技术研究

发布时间：2018-11-01 13:21

【摘要】：物体的三维形貌是其重要的外显属性,也是机器视觉的重要研究内容。双目立体视觉技术是通过二维图像恢复物体三维形貌的手段之一,广泛应用于目标识别、工业检测、环境监控等场合。可见光成像具有丰富的对比度和颜色、形状信息,可以准确、迅速地对被测目标进行识别、监控和测量;而红外波段的成像技术可感知被测物温度信息,且在光线较弱、烟雾、高温等特殊环境条件下,成像具有明显优势。论文提出利用红外波段与可见光波段信息的互补性构建立体视觉双目图像,建立基于双波段信息的立体视觉系统,并探索其实现的关键技术,用以支持多种环境下的目标识别与监控,在火灾搜救、航天探测或无人机导航等领域具有明确的应用前景。论文搭建了双波段立体视觉系统的原理样机,用两个波段的图像传感器各自组成双目立体视觉系统,双波段图像同时采集,系统根据环境特征自适应切换工作的基准波段,采用图像融合技术适应不同环境下的应用需求。论文着重研究双波段立体视觉的多个关键技术,其主要研究工作如下:1.提出了基于二向色镜分光原理的共光路图像采集方案,构建了红外双目与可见光双目同时成像的双波段立体视觉系统原理样机,实现了同一视场中两波段相机视角及视场范围一致。设计了新的红外相机标定靶标,操作简便且标定效果好。通过在木质板材上粘贴金属薄片,加工成与可见光波段的经典棋盘格标定靶标布局相同的红外靶标,经凉水冲淋过的靶标能够在红外相机中呈现清晰的角点特征。该方法的主要特点是可在常温下实现红外相机与可见光相机的同流程快速标定。2.建立了基于模糊逻辑的多光照环境双波段图像融合算法,增强了系统对光照变化的鲁棒性。采用可见光图像平均灰度、对比度、信息熵作为输入建立模糊逻辑系统,经模糊推理判断系统工作环境光照情况,并在模糊系统输出参数值域上建立高斯曲线,用以确定双波段图像系数融合权值,采用混合多分辨率分析方法实现了自适应图像融合。实验表明该方法对环境光照变化的适应性好。3.设计了烟雾环境双波段图像的自适应融合方法,有效抑制了烟雾对融合图像的干扰。采用红外与可见光图像相结合的方法,判断烟雾对成像的影响。分别提取并比较被测物双波段图像的外轮廓完整性,根据两波段图像所包含的外轮廓像素数量建立自适应融合权值,实现不同浓度烟雾环境下的图像融合。实验表明,该融合算法能在烟雾环境下完整保留被测对象轮廓信息。4.实现了双波段图像的立体匹配算法,利用系统采集的两个波段信息具有冗余性的特点降低误匹配率。分别针对两个波段图像各自的像素灰度、梯度方向与梯度模值建立自适应权值,构成综合双波段信息的相似性测度函数;通过建立大小可变的高斯加权窗口,以红外图像边缘信息作为视差不连续处的初始判断依据,自适应调整窗口形状,提高了匹配效率。实验发现,基于双波段图像的立体匹配视差图,较单一波段图像匹配生成的视差图,具有更准确的视差信息。5.进行了多种环境及多个被测对象的三维形貌重建实验,验证了系统工作的可靠性、呈现信息的丰富性,以及对不同环境的适应性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王秀平;白瑞林;郭新年;;基于正三角形平面模板的摄像机标定与重建[J];光学技术;2015年01期

2 肖志涛;卢晓方;耿磊;张芳;吴骏;李月龙;郎建业;甘鹏;刘洋;;基于极线校正的亚像素相位立体匹配方法[J];红外与激光工程;2014年S1期

3 孙建坤;杨若瑜;;基于颜色直方图和小波变换的视频烟雾检测[J];计算机科学;2014年12期

4 李光乐;黄文有;刘青松;邓志燕;;面向水下双目视觉的改进张氏标定方法及实验[J];光学学报;2014年12期

5 刘艳;李腾飞;;对张正友相机标定法的改进研究[J];光学技术;2014年06期

6 徐嵩;孙秀霞;刘希;蔡鸣;;基于矩形的摄像机自标定几何方法[J];光学学报;2014年11期

7 黄晓生;严浩;曹义亲;;基于小波高频结构相似的无参考高斯图像质量评价[J];计算机应用;2014年10期

8 张强;刘婷婷;李海滨;张文明;李雅倩;;基于最佳搜索域的水下图像区域匹配算法研究[J];光学学报;2014年06期

9 王军;柳红岩;;基于三目视觉系统的车辆导引方法[J];计算机应用;2014年06期

10 王欣;袁坤;于晓;章明朝;;基于运动恢复的双目视觉三维重建系统设计[J];光学精密工程;2014年05期

相关博士学位论文 前10条

1 刘永久;基于结构光投影的运动物体高速实时三维测量方法研究[D];中国科学技术大学;2014年

2 刘微容;面向汽车主动安全的图像处理关键技术研究[D];湖南大学;2014年

3 周渝人;红外与可见光图像融合算法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

4 陈锦伟;敏捷卫星遥感图像配准和拼接技术研究[D];浙江大学;2014年

5 张宝辉;红外与可见光的图像融合系统及应用研究[D];南京理工大学;2013年

6 陈文;基于可见光和红外热像仪的双目视觉运动目标跟踪[D];南京航空航天大学;2013年

7 王玮;基于遮挡信息的局部立体匹配算法的研究[D];山东大学;2012年

8 杨粤涛;基于非采样Contourlet变换的图像融合[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

9 罗桂娥;双目立体视觉深度感知与三维重建若干问题研究[D];中南大学;2012年

10 黄儒乐;基于视频图像的林火烟雾识别方法的研究[D];北京林业大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 丁倩;基于HHT的短期电力负荷预测研究[D];郑州大学;2014年

2 韩博;手持式红外与可见光图像融合系统研究[D];南京理工大学;2014年

3 徐萌兮;红外与可见光数字图像融合技术研究[D];南京理工大学;2014年

4 梁狄林;无参考图像质量评价算法研究[D];江南大学;2013年

5 廖家志;基于曲面约束的空间Delaunay三角剖分方法研究[D];电子科技大学;2013年

6 关桃;双目视觉立体匹配自适应支持权值方法研究[D];西南交通大学;2013年

7 李成龙;基于红外热图像的三维重构方法研究[D];安徽大学;2013年

8 张鹏辉;红外、微光/可见光图像融合算法研究[D];南京理工大学;2013年

9 刘信乐;热红外图像与可见光图像融合方法研究[D];电子科技大学;2013年

10 梁群仙;基于激光雷达三维点云数据曲面重构技术的研究[D];北京交通大学;2012年

，

本文编号：2304040