雙目立體視覺技術的實現(xiàn)及其進展

摘要：闡述了雙目立體視覺技術在國內(nèi)外應用的最新動態(tài)及其優(yōu)越性。指出雙目體視技術的實現(xiàn)分為國像獲取、攝像機標定、特片提取、立體匹配和三維重建幾個步驟，詳細分析了各個步驟的技術特點、存在的問題和解決方案，并對雙目體視技術的發(fā)展做了展望。

    關鍵詞：雙目立體視覺計算機視覺 立體匹配 攝像機標定 特征提取

雙目立體視覺是計算機視覺的一個重要分支，即由不同位置的兩臺或者一臺攝像機（CCD）經(jīng)過移動或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場景，通過計算空間點在兩幅國像中的視差，獲得該點的三維坐標值。80年代美國麻省理工學院人工智能實驗室的Marr提出了一種視覺計算理論并應用在雙睛匹配上，使兩張有視差的平面圖產(chǎn)生在深度的立體圖形，奠定了雙目立體視覺發(fā)展理論基礎。相比其他類的體視方法，如透鏡板三維成像、投影式三維顯示、全息照相術等，雙目本視直接模擬人類雙眼處理景物的方式，可靠簡便，在許多領域均極具應用價值，如微操作系統(tǒng)的位姿檢測與控制、機器人導航與航測、三維測量學及虛擬現(xiàn)實等。

1 雙目體視的技術特點

雙目標視技術的實現(xiàn)可分為以下步驟：圖像獲取、攝像機標定、特征提取、圖像匹配和三維重建，下面依次介紹各個步驟的實現(xiàn)方法和技術特點。

1.1 圖像獲取

雙目體視的圖像獲取是由不同位置的兩臺或者一臺攝像機（CCD）經(jīng)過移動或旋轉(zhuǎn)拍攝同一幅場景，獲取立體圖像對。其針孔模型如圖1。假定攝像機C1與C2的角距和內(nèi)部參數(shù)都相等，兩攝像機的光軸互相平行，二維成像平面X1O1Y1和X2O2Y2重合，P1與P2分別是空間點P在C1與C2上的成像點。但一般情況下，針孔模型兩個攝像機的內(nèi)部參數(shù)不可能完成相同，攝像機安裝時無法看到光軸和成像平面，故實際中難以應用。

    上海交大在理論上對會攝式雙目體視系統(tǒng)的測量精度與系統(tǒng)結構參數(shù)之間的關系作了詳盡分析，并通過試驗指出，對某一特定點進行三角測量。該點測量誤差與兩CCD光軸夾角是一復雜的函數(shù)關系；若兩攝像頭光軸夾角一定，則被測坐標與攝像頭坐標系之間距離越大，測量得到點距離的誤差就越大。在滿足測量范圍的前提下，應選擇兩CCD之間夾角在50℃～80℃之間。

1.2 攝像機的標定

對雙目體視而言，CCD攝像機、數(shù)碼相機是利用計算機技術對物理世界進行重建前的基本測量工具，對它們的標定是實現(xiàn)立體視覺基本而又關鍵的一步。通常先采用單攝像機的標定方法，分別得到兩個攝像機的內(nèi)、外參數(shù)；再通過同一世界坐標中的一組定標點來建立兩個攝像機之間的位置關系。目前常用的單攝像機標定方法主要有：

（1）攝影測量學的傳統(tǒng)設備標定法。利用至少17個參數(shù)描述攝像機與三維物體空間的結束關系，計算量非常大。

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