雙目視覺中的光學(xué)原理

機(jī)器雙目視覺中的光學(xué)原理人類的視覺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（此距離不宜過大否則人可以通過常識判斷出小的在遠(yuǎn)方），然后用一只眼睛觀察兩個指頭的前后關(guān)系，一般會很難判斷出前后關(guān)系，可是睜開雙目再次觀察，前后關(guān)系就一目了然。本例說明人眼判斷深度信息是依靠兩只眼睛所獲取的圖像區(qū)別，只有這種差別產(chǎn)生，才能準(zhǔn)確分辨前后信息。實際上3d電影就是通過光學(xué)偏振原理為左右眼提供不同的圖像信息來產(chǎn)生三維效果的。雙目光學(xué)原理有很廣泛的應(yīng)用，在很多自動控制領(lǐng)域可以幫助機(jī)器定位，在如機(jī)器零件的自動檢測、智能機(jī)器人控制、生產(chǎn)線的自動監(jiān)控等;在國防和航天等領(lǐng)域，雙目視覺也具有較重要的意義，如運動目標(biāo)的自動跟蹤與識別、自主車導(dǎo)航及空間機(jī)器人的視覺控制等。本文就雙目視覺的極軸光學(xué)原理進(jìn)行簡單的討論。立體視覺系統(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A（X，Y，Z）在左右攝像機(jī)的成像面Cl和Cr上的像點分別為al(ul,vl)和ar(ur,vr)。這兩個像點是世界空間中同一個對象點A的像，稱為“共軛點”。知道了這兩個共軛像點，分別作它們與各自相機(jī)的光心01和Or的連線，即投影線alOl和arOr，它們的交點即為世界空間中的對象點A(X，Y，Z)。這就是立體視覺的基本原理。在平行光軸的立體視覺系統(tǒng)中，左右兩臺攝像機(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A及左右兩攝像機(jī)的光心Ol、Or確定的極平面(Epipolarplane)分別與左右成像平面Cl、Cr的交線pl、pr為共軛極線對，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)系最為簡單，極線已具有很好的性質(zhì)，為尋找對象點A在左右成像平面上的投影點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E’和E”分別稱為左右象平面的極點光心線與物點W在同一