雙目視覺的成像理論
發(fā)布時間：2022-09-12 14:07:13 作者：顯揚科技
雙目視覺是機器視覺的一種重要形式，通過模擬人類雙眼感知外界物體的位置信息，輸送給大腦并分析出該物體在空間中的位置過程，雙目視覺是利用電腦設(shè)備被動感知物體空間信息。雙目視覺系統(tǒng)相對于單目視覺的優(yōu)點主要是它存在視差，可以利用該視差來恢復(fù)物體的深度信息。它的核心是從至少兩個及以上的觀測點拍攝物體，得到同時包含物體的左右兩幅圖像，并根據(jù)數(shù)學(xué)模型之間坐標(biāo)系相互關(guān)系，求解物體的空間幾何位置。
攝像機的成像模型
為了處理三維圖像和二維圖像之間的映射關(guān)系，需要在映射中加入攝像機產(chǎn)生圖像過程的投影特性。針孔攝像機模型是圖像處理人員常用的模型之一。該模型簡單易懂，能滿足日常的開發(fā)需求。
該模型成立的必要條件是光線沿直線傳播，由P點光源發(fā)出的光線經(jīng)過光心后將會在另一面呈現(xiàn)出倒立點p，其中f為焦距，S為光源與光心間的距離。根據(jù)三角形相似關(guān)系，即可求解相應(yīng)參數(shù)，這就是小孔成像的原理。而攝像機一般是由多組透鏡構(gòu)成，但基本原理與之相同。該模型確定了現(xiàn)實世界中目標(biāo)物體的三維圖像與投影平面上的二維圖像之間的映射關(guān)系，是后續(xù)三維信息恢復(fù)與重構(gòu)的基礎(chǔ)。
小孔成像原理
攝像機成像的線性模型
線性模型是基于理想情況下的映射關(guān)系，在雙目立體視覺中，主要根據(jù)四個坐標(biāo)系建立空間點與圖像點之間的映射關(guān)系，即圖像像素坐標(biāo)系、圖像物理坐標(biāo)系、攝像機坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系。各坐標(biāo)系的關(guān)系如圖1所示。
對于任何物體的衡量都是相對的，都需要選擇一個基準(zhǔn)，因此建立世界坐標(biāo)系（OW-XWYWZW）來衡量空間中攝像機和目標(biāo)物體的空間位置是不可或缺的。因為世界坐標(biāo)系是變化的，故想要直接確定圖像平面與世界坐標(biāo)系之間的相對位姿關(guān)系是困難的。
提前做個假設(shè)：假設(shè)攝像機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不會因為外部環(huán)境的變化而變化，如此小孔成像模型的透視投影中心就是確定不變的，換言之，其相對于成像平面的位置是可以被確定的。以光心為基準(zhǔn)建立攝像機坐標(biāo)系OC-XCYCZC，如下圖所示。ZC軸為指向攝像機視線方向，與攝像機的光軸重合，XC、YC軸分別平行于圖像平面的橫向、縱向。光軸與圖像平面的交點記為o，稱為圖像平面的主點。
為了在圖像像素坐標(biāo)系和攝像機坐標(biāo)系之間建立聯(lián)系，需要在圖像平面上建立一個過渡坐標(biāo)系，稱之為圖像物理坐標(biāo)系。圖像物理坐標(biāo)系的原點為o，坐標(biāo)的橫軸和縱軸分別與圖像平面橫軸和縱軸平行。圖像物理坐標(biāo)系的建立將無量綱像素值與物理單位建立了聯(lián)系。在計算機內(nèi)部，所有數(shù)字圖形通常都是根據(jù)圖像的分辨率以數(shù)組形式存儲，數(shù)組中的元素表示圖像點的灰度值。
坐標(biāo)系之間的幾何關(guān)系
顯揚科技由香港中文大學(xué)博士團隊創(chuàng)建，主要研究并產(chǎn)業(yè)化高速高清三維機器視覺系統(tǒng)，以及智能工業(yè)機器人系統(tǒng)。其研發(fā)的三維機器視覺設(shè)備精度能達亞微米級，三維數(shù)據(jù)采集幀率高達310幀，此外還具有高精度、大景深、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，可實現(xiàn)高效率機器人引導(dǎo)，以及工業(yè)檢測與測量。顯揚科技的產(chǎn)品主要應(yīng)用在對采集速度要求較高的快速工業(yè)產(chǎn)線、物流樞紐以及對測量精度要求高的精密制造、軍工航天、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等。
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