雙目視覺(jué)中的光學(xué)原理

1、 機(jī)器雙目視覺(jué)中的光學(xué)原理 人類的視覺(jué)不僅可以分辨出顏色、外形等特征，也可以分辨深度特征，原因在于人有雙目，通過(guò)雙目所看到不同圖像的差別，人就可以分辨出物體的深度信息（位于身體的前后）。 單純一張圖片并沒(méi)有深度信息，讀者可以試著將左右食指放置于面前不同距離處（此距離不宜過(guò)大否則人可以通過(guò)常識(shí)判斷出小的在遠(yuǎn)方），然后用一只眼睛觀察兩個(gè)指頭的前后關(guān)系，一般會(huì)很難判斷出前后關(guān)系，可是睜開(kāi)雙目再次觀察，前后關(guān)系就一目了然。本例說(shuō)明人眼判斷深度信息是依靠?jī)芍谎劬λ@取的圖像區(qū)別，只有這種差別產(chǎn)生，才能準(zhǔn)確分辨前后信息。實(shí)際上3d電影就是通過(guò)光學(xué)偏振原理為左右眼提供不同的圖像信息來(lái)產(chǎn)生三維效果的。雙目光學(xué)

2、原理有很廣泛的應(yīng)用，在很多自動(dòng)控制領(lǐng)域可以幫助機(jī)器定位，在如機(jī)器零件的自動(dòng)檢測(cè)、智能機(jī)器人控制、生產(chǎn)線的自動(dòng)監(jiān)控等;在國(guó)防和航天等領(lǐng)域，雙目視覺(jué)也具有較重要的意義，如運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤與識(shí)別、自主車導(dǎo)航及空間機(jī)器人的視覺(jué)控制等。本文就雙目視覺(jué)的極軸光學(xué)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論。立體視覺(jué)系統(tǒng)由左右兩部攝像機(jī)組成。如圖所示，圖中分別以下標(biāo)l和r標(biāo)注左、右攝像機(jī)的相應(yīng)參數(shù)。世界空間中一點(diǎn)A(X，Y，Z)在左右攝像機(jī)的成像面Cl和Cr上的像點(diǎn)分別為al(ul，vl)和ar(ur，vr)。這兩個(gè)像點(diǎn)是世界空間中同一個(gè)對(duì)象點(diǎn)A的像，稱為“共軛點(diǎn)”。知道了這兩個(gè)共軛像點(diǎn)，分別作它們與各自相機(jī)的光心Ol和Or的連線

3、，即投影線alOl和arOr，它們的交點(diǎn)即為世界空間中的對(duì)象點(diǎn)A(X，Y，Z)。這就是立體視覺(jué)的基本原理。在平行光軸的立體視覺(jué)系統(tǒng)中，左右兩臺(tái)攝像機(jī)的焦距及其它內(nèi)部參數(shù)均相等，光軸與攝像機(jī)的成像平面垂直，兩臺(tái)攝像機(jī)的x軸重合，y軸相互平行，因此將左攝像機(jī)沿著其x軸方向平移一段距離b（稱為基線baseline）后與右攝像機(jī)重合。由空間點(diǎn)A及左右兩攝像機(jī)的光心Ol、Or確定的極平面（Epipolar plane）分別與左右成像平面Cl、Cr的交線pl、pr為共軛極線對(duì)，它們分別與各自成像平面的坐標(biāo)軸ul、ur平行且共線。在這種理想的結(jié)構(gòu)形式中，左右攝像機(jī)配置的幾何關(guān)系最為簡(jiǎn)單，極線已具有很好的性質(zhì)，為尋找對(duì)象點(diǎn)A在左右成像平面上的投影點(diǎn)al和ar之間的匹配關(guān)系提供了非常便利的條件。 首先介紹幾個(gè)名詞：1.極線約束 C和C“之間的連線稱光心線，光心線與左右象平面的交點(diǎn)E和E”分別稱為左右象平面的極點(diǎn)光心線與物點(diǎn)W在同一個(gè)平面中，這個(gè)平面