双目视觉成像原理.docx

双目视觉成像原理引言双目立体视觉(BinocularStereoVision) 是机器视觉的一种重要形式,它是基于视差原理并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像, 通过计算图像对应点间的位置偏差,来获取物体三维几何信息的方法。融合两只眼睛获得的图像并观察它们之间的差别,使我们可以获得明显的深度感, 建立特征间的对应关系,将同一空间物理点在不同图像中的映像点对应起来,这个差别,我们称作视差 (Disparity)图。双目立体视觉测量方法具有效率高、 精度合适、系统结构简单、成本低等优点,非常适合于制造现场的在线、非接触产品检测和质量控制。对运动物体(包括动物和人体形体)测量中,由于图像获取是在瞬间完成的, 因此立体视觉方法是一种更有效的测量方法。 双目立体视觉系统是计算机视觉的关键技术之一, 获取空间三维场景的距离信息也是计算机视觉研究中最基础的内容。双目立体视觉系统立体视觉系统由左右两部摄像机组成。 如图一所示,图中分别以下标L和r标注左、右摄像机的相应参数。世界空间中一点 A(X,Y,Z)在左右摄像机的成像面CL和G上的像点分别为al(ul,vl)和ar(ur,vr)。这两个像点是世界空间中同一个对象点 A的像,称为"共轴点”。知道了这两个共轴像点,分别作它们与各自相机的光心 Ol和Or的连线,即投影线alOl和arOr,它们的交点即为世界空间中的对象点 A(X,Y,Z)。这就是立体视觉的基本原理。图1:, 图2所示为简单的平视双目立体成像原理图,两摄像机的投影中心的连线的距离,即基线距为 bo摄像机坐标系的原点在摄像机镜头的光心处,坐标系如图 2所示。事实上摄像机的成像平面在镜头的光心后,图2中将左右成像平面绘制在镜头的光心前 f处,这个虚拟的图像平面坐标系 O1uv的u轴和v轴与和摄像机坐标系的x轴和y轴方向一致,这样可以简化计算过程。 左右图像坐标系的原点在摄像机光轴与平面的交点 O1和02空间中某点P在左图像和右图像中相应的坐标分别为P1(u1,v1)和P2(u2,v2)。假定两摄像机的图像在同一个平面上,贝U点P图像坐标的Y坐标相同,即v1=v2。由三角几何关系得到:xc (xc-b) ycu〔=fU2=f v1v1=v2=fc 乙 c cz z z上式中(xc,yc,zc)为点P在左摄像机坐标系中的坐标, b为基线距,f为两个摄像机的焦距,(u1,v1)和(u2,v2)分别为点P在左图像和右图像中的坐标。视差定义为某一点在两幅图像中相应点的位置差 :d=(u1-u2)图2:双目立体成像原理图由此可计算出空间中某点P在左摄像机坐标系中的坐标为:cbu1 cbvcbfx= y= z= d d d因此,只要能够找到空间中某点在左右两个摄像机像面上的相应点, 并且通过摄像机标定获得摄像机的内外参数,就可以确定这个点的三维坐标。, 为了获得三维空间中某点的三维坐标, 需要在左右两个摄像机像面上都存在该点的相应点。 立体视觉系统的一般结构为交叉摆放的两个摄像机从不同角度观测同一被测物体。 这样通过求得两个图像中相应点的图像坐标, 便可以由双目立体视觉测量原理求取三维空间坐标