移動(dòng)機(jī)器人原理與技術(shù) 課件 第三章 移動(dòng)機(jī)器人的傳感器

移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)原理與應(yīng)用第三章

移動(dòng)機(jī)器人的傳感器移動(dòng)機(jī)器人外部傳感器移動(dòng)機(jī)器人視覺原理3.1移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)部傳感器3.23.33.1移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)部傳感器移動(dòng)機(jī)器人內(nèi)部傳感器主要是指能夠測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人自身位置、移動(dòng)速度、移動(dòng)加速度等直線位移相關(guān)量和偏轉(zhuǎn)、俯仰和回轉(zhuǎn)等轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)加速度等轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)量。3.1.1位置傳感器設(shè)定位置或者角度的零位和極限位置對(duì)保護(hù)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的安全動(dòng)作起著重要作用。3.1.1位置傳感器電位器通過電阻把位置或角度（角度和位置的原理一樣，只是把電阻做成弧形）信息轉(zhuǎn)化為隨位置或角度變化的電壓，當(dāng)滑動(dòng)觸頭隨位置變化在電阻器上滑動(dòng)時(shí)，觸頭接觸點(diǎn)變化前后的電阻阻值與總阻值之比就會(huì)發(fā)生變化，在功能上電位器充當(dāng)了分壓器的作用，因此其電壓輸出將與電阻阻值成比例，這樣就把位置信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度和直線運(yùn)動(dòng)的位移經(jīng)常會(huì)作為移動(dòng)機(jī)器人的位姿信息，從測(cè)量方法上，可分為兩種。一種是模擬式測(cè)量，將要測(cè)的位移量變換成電流、電壓等進(jìn)行測(cè)量，常用器件為電位器等。另一種是數(shù)字式測(cè)量，將位移量變換成脈沖每個(gè)脈沖與單位位移相對(duì)應(yīng)，檢測(cè)元件輸出脈沖數(shù)。3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器編碼器是一個(gè)廣泛使用的位置傳感器，能夠檢測(cè)細(xì)微的運(yùn)動(dòng)，其輸出為數(shù)字信號(hào)。為了測(cè)量位置信息，檢測(cè)細(xì)微的運(yùn)動(dòng)，碼盤或碼尺被劃分為若干區(qū)域。每個(gè)區(qū)域可能是透光的或不透光的。由發(fā)光二極管作為光源，與之相對(duì)應(yīng)的對(duì)光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的是光敏傳感器，如光電晶體管。當(dāng)碼盤或碼尺采用透光方式進(jìn)行檢測(cè)，光源和光敏傳感器被安裝在碼盤或碼尺的兩側(cè)；當(dāng)碼盤或碼尺采用反射光方式進(jìn)行檢測(cè)，光源和光敏傳感器被安裝在碼盤或碼尺的同側(cè)。3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器(a)投射式測(cè)量轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)增量編碼器

(b)反射式測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)的直線增量編碼器(c)裝配有增量編碼器的電機(jī)

(d)增量碼盤編碼器的工作原理與結(jié)構(gòu)3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器當(dāng)光源發(fā)射的光線通過碼盤或碼尺的透光或反射被光敏傳感器接收到時(shí)，傳感器導(dǎo)通輸出高電平；當(dāng)光源發(fā)射的光線由于碼盤或碼尺的遮擋或散射等原因使光敏傳感器接收不到光信號(hào)時(shí)，傳感器關(guān)斷，輸出信號(hào)低電平。隨著碼盤的轉(zhuǎn)動(dòng)或碼尺的移動(dòng)，傳感器就會(huì)連續(xù)不斷的輸出信號(hào)，通過對(duì)該信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)就可以測(cè)量角位移或線位移。3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器編碼器有增量式編碼器與絕對(duì)式編碼器兩種基本形式。上圖所示的增量式編碼器中，其透光和不透光（反光或不反光）的區(qū)域尺寸相同且交替出現(xiàn)。由于這些區(qū)域尺寸相同，均勻分布在碼盤或碼尺上，因此每個(gè)區(qū)域所表示的旋轉(zhuǎn)角度或直線位移也都是相同的。增量式編碼器可以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的變化，而對(duì)于位置信息，只有在獲知編碼器初始位置的情況下才可以確切給出。3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器使用增量式編碼器進(jìn)行位置檢測(cè)的系統(tǒng)一般在開始工作時(shí)都要進(jìn)行復(fù)位，在已知復(fù)位位置的前提下就可以確定系統(tǒng)任意時(shí)刻的角位移。除了獲取精確位置信息外，還需要知道系統(tǒng)是順時(shí)針運(yùn)動(dòng)還是逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。單一碼道（弧圈）的增量式編碼器無法對(duì)此進(jìn)行判斷，一般通過在碼盤上設(shè)計(jì)兩個(gè)碼道（弧圈）的方式解決，保證每個(gè)碼道的輸出脈沖間相差1/2拍，通過判斷那個(gè)通道輸出的上升沿或下降沿先于另一通道出現(xiàn)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)方向。3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器增量式編碼器的輸出信號(hào)3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器對(duì)于增量式編碼器，通過對(duì)碼道輸出的上升沿和下降沿進(jìn)行檢測(cè)可以在不增加碼道的情況下提高分辨率。絕對(duì)式編碼器上每個(gè)位置對(duì)應(yīng)于一個(gè)唯一的編碼信息，無需已知初始位置就可以確定任意時(shí)刻碼盤上的精確位置。絕對(duì)式編碼器工作原理3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器絕對(duì)式編碼器的碼盤設(shè)計(jì)與增量式編碼器有很大不同，其碼盤是由多圈弧段組成，每圈互不相同，沿徑向方向各弧段的透光和不透光部分（反射和未反射部分）組成唯一編碼指示精確位置。

8位絕對(duì)格雷碼碼盤3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器碼盤上的編碼有二進(jìn)制和格雷碼兩種。采用二進(jìn)制碼的碼盤從某一位置轉(zhuǎn)到其前一位置或后一位置時(shí)會(huì)有多段弧圈發(fā)生0變?yōu)?或1變?yōu)?的變化，而采用格雷碼的碼盤從某一位置轉(zhuǎn)到其前一位置或后一位置時(shí)則只用某一弧圈發(fā)生0變成1或1變?yōu)?的變化。3.1.2位移和角度測(cè)量傳感器二進(jìn)制碼與格雷碼3.1.3加速度傳感器加速度計(jì)有兩種：一種是角速度加速度計(jì)，是由陀螺儀（角速度傳感器）改進(jìn)的，另一種是線速度計(jì)。加速度傳感器的原理隨其應(yīng)用而不同，有壓電式加速度傳感器、電容式加速度傳感器、壓阻式加速度傳感器、諧振式加速度傳感器、伺服式加速度傳感器等。3.1.3加速度傳感器1．壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器具有體積小、功耗低等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中。壓電式加速度傳感器的敏感元件有彈性梁、質(zhì)量塊、固定框組成。當(dāng)有加速度a作用于傳感器時(shí)，傳感器的慣性質(zhì)量塊便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)慣性力F作用于傳感器的彈性梁上，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正比于F的應(yīng)變，此時(shí)彈性梁上的壓敏電阻也會(huì)隨之產(chǎn)生一個(gè)變化量△R，由壓敏電阻組成的惠斯通電橋輸出一個(gè)與△R成正比的電壓信號(hào)V。3.1.3加速度傳感器1．壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器外形3.1.3加速度傳感器2．壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器的懸臂梁上有壓敏電阻，當(dāng)慣性質(zhì)量塊發(fā)生位移時(shí)，會(huì)引起懸臂梁的身長或壓縮，改變梁上的應(yīng)力分布，進(jìn)而影響壓敏電阻的阻值，壓阻電阻多位于應(yīng)力變化最明顯的分布。這樣，通過兩個(gè)或四個(gè)壓敏電阻形成的電橋就可以實(shí)現(xiàn)加速度的測(cè)量。3.1.3加速度傳感器2．壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度敏感元件3.1.3加速度傳感器3．光波導(dǎo)加速度計(jì)光波導(dǎo)加速度計(jì)的原理：光源從波導(dǎo)1進(jìn)入，經(jīng)過分束部分后分成兩部分分別通入波導(dǎo)4和波導(dǎo)2，進(jìn)入波導(dǎo)4的一束直接被探測(cè)器2探測(cè)，而進(jìn)入波導(dǎo)2的一束會(huì)經(jīng)過一段微小的間隙后進(jìn)入波導(dǎo)3，最終被探測(cè)器1探測(cè)到。有加速度時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)使得波導(dǎo)2玩去，進(jìn)而導(dǎo)致其與波導(dǎo)3的正對(duì)面積減少，使探測(cè)器1探測(cè)到光減弱，通過比較兩個(gè)探測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)即可求得加速度。3.1.3加速度傳感器3．光波導(dǎo)加速度計(jì)光波導(dǎo)加速度計(jì)原理3.1.3加速度傳感器4．諧振式加速度計(jì)一根琴弦繃緊程度不同時(shí)彈奏出的聲音頻率也不同，諧振式加速度計(jì)的原理與此相同。SOA常見的結(jié)構(gòu)有S結(jié)構(gòu)和雙端固定音叉兩種。S結(jié)構(gòu)原理為：若對(duì)振梁施加確定的激振，檢測(cè)器響應(yīng)就可測(cè)出其固有頻率，進(jìn)而測(cè)出加速度。激振的施加和響應(yīng)的檢測(cè)通常都是通過梳齒機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。3.1.3加速度傳感器4．諧振式加速度計(jì)諧振式加速度計(jì)原理3.1.4姿態(tài)角測(cè)量傳感器陀螺儀是用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，利用其他原理制成的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置起同樣功能的也稱陀螺儀，基本功能是測(cè)量敏感角位移和角速度。三軸陀螺儀分別感應(yīng)Roll（左右傾斜）、Pitch（前后傾斜）、Yaw（左右搖擺）的全方位動(dòng)態(tài)信息。它是構(gòu)成移動(dòng)機(jī)器人慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心敏感器件，其測(cè)量精度直接影響移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)解算的準(zhǔn)確性。3.1.4姿態(tài)角測(cè)量傳感器陀螺儀3.2

移動(dòng)機(jī)器人外部傳感器3.2.1感覺傳感器1．觸覺感知傳感器觸覺傳感器有開關(guān)型和陣列型兩種，開關(guān)型感覺物體的存在性，陣列型感覺物體的存在和形狀，還可以感覺物體的軟硬程度。開關(guān)型是用于檢測(cè)物體是否存在的一種簡(jiǎn)單的觸覺傳感器，可以通過切斷/導(dǎo)通（即導(dǎo)體是否有電流）來判斷是否接觸。3.2.1感覺傳感器1．觸覺感知傳感器觸覺傳感器是由幾個(gè)接觸傳感器組成的陣列，而接觸傳感器由觸桿、發(fā)光二極管和光傳感器組成。當(dāng)觸覺傳感器接近物體時(shí)，觸桿將隨之縮進(jìn)，遮擋了發(fā)光二極管向光傳感器發(fā)射的部分光線，于是光傳感器輸出與觸感位移或壓力成正比的信號(hào)。當(dāng)觸覺傳感器與物體接觸時(shí)，依據(jù)物體的形狀和尺寸，不同的接觸傳感器將以不同的次序?qū)佑|做出不同的反應(yīng)，控制器就利用此信息來確定物體的大小和形狀。3.2.1感覺傳感器1．觸覺感知傳感器觸覺傳感器3.2.1感覺傳感器2．接近覺感知傳感器接近覺傳感器用來感覺是否有目標(biāo)物體接近和接近的距離，包括感應(yīng)式傳感器、電容式傳感器、光學(xué)傳感器、超聲波傳感器等。感應(yīng)式傳感器要求檢測(cè)的物體是金屬。電容式傳感器可以檢測(cè)任何固體和液體，測(cè)量范圍為毫米級(jí)。光學(xué)傳感器主要指紅外傳感器和超聲波傳感器。感覺是否有目標(biāo)物體接近一般用紅外傳感器，測(cè)近距一般用超聲波傳感器，而且也可以用在水下測(cè)量距離、方向和速度。3.2.1感覺傳感器2．接近覺感知傳感器紅外傳感器是根據(jù)波從發(fā)射到接收的傳播過程中所受到的影響來檢測(cè)物體的接近程度。這類傳感器包括一個(gè)可以發(fā)射紅外光的固態(tài)發(fā)光二極管和一個(gè)用作接收器的固態(tài)光敏二極管（或光敏三極管）。當(dāng)光強(qiáng)超過一定程度時(shí)光敏三極管就會(huì)導(dǎo)通，否則截止。把發(fā)光二極管和光敏三極管匯聚在同一面上，反射光才能被接收器看到。3.2.1感覺傳感器2．接近覺感知傳感器紅外傳感器3.2.1感覺傳感器2．接近覺感知傳感器紅外傳感器中，一般采用反射光強(qiáng)法進(jìn)行測(cè)量，即目標(biāo)物對(duì)發(fā)光二極管散射光的反射光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。光的反射系數(shù)與目標(biāo)物表面顏色、粗糙度等有關(guān)。目標(biāo)顏色較深、接近黑色或透明時(shí)，其反射光很弱。若以輸出信號(hào)達(dá)到其一閾值作為“接近”時(shí)，則對(duì)不同目標(biāo)物“接近”的距離是不同的。紅外光強(qiáng)法接近覺對(duì)大多數(shù)目標(biāo)物是能找到“接近”感覺的，即能很容易地檢測(cè)出工作空間內(nèi)某物體是否存在，但是作為距離的測(cè)量并不精確。3.2.2測(cè)距傳感器超聲波傳感器發(fā)射超聲波脈沖信號(hào)，測(cè)量回波的返回時(shí)間便可得知達(dá)到物體表面的距離。如果安裝多個(gè)接收器，根據(jù)相位差還可以得到物體表面的傾斜狀態(tài)信息。但是，超聲波在空氣中衰減得很快（在1MHz的條件下為12dB/cm）,因此其頻率無法太高。超聲波傳感器可測(cè)量方向、距離、速度。移動(dòng)機(jī)器人主要應(yīng)用超聲波傳感器采用主動(dòng)測(cè)距方式測(cè)距。主動(dòng)測(cè)距方法有渡越時(shí)間法、脈沖回波法、頻率調(diào)制連續(xù)脈沖等。3.2.2測(cè)距傳感器TOF方法檢測(cè)超聲波往返距離的時(shí)間。所用的時(shí)間與超聲波通過距離成正比，記錄超聲波發(fā)射極發(fā)出脈沖時(shí)間和超聲波接收器接收到第一個(gè)返回脈沖時(shí)間，可得到時(shí)間值T，由時(shí)間T計(jì)算出距離，TOF測(cè)量方法對(duì)噪聲敏感。超聲波傳感器3.2.3視覺傳感器1．CCD圖像傳感器CCD（ChargeCoupledDevice，感光耦合組件）是攝像系統(tǒng)中可以記錄光線變化的半導(dǎo)體，通常以百萬像素為單位。CCD相機(jī)的原理是芯片上面整齊地排列著很多小的感光單元，光線中的光子撞擊每個(gè)單元后，在這些單元中會(huì)產(chǎn)生電子（光電效應(yīng)），光子的數(shù)目與電子的數(shù)目互成比例。3.2.3視覺傳感器1．CCD圖像傳感器CCD（ChargeCoupledDevice，感光耦合組件）是攝像系統(tǒng)中可以記錄光線變化的半導(dǎo)體，通常以百萬像素為單位。CCD相機(jī)的原理是芯片上面整齊地排列著很多小的感光單元，光線中的光子撞擊每個(gè)單元后，在這些單元中會(huì)產(chǎn)生電子（光電效應(yīng)），光子的數(shù)目與電子的數(shù)目互成比例。3.2.3視覺傳感器1．CCD圖像傳感器每一個(gè)CCD組件由上百萬個(gè)MOS電容所構(gòu)成。當(dāng)數(shù)字相機(jī)的快門開啟，來自影像的光線穿過這些馬賽克色塊會(huì)讓感光點(diǎn)的二氧化硅材料釋放出電子〈負(fù)電〉與電洞〈正電〉。經(jīng)由外部加入電壓，這些電子和電洞會(huì)被轉(zhuǎn)移到不同極性的另一個(gè)硅層暫存起來。電子數(shù)的多寡和曝光過程光點(diǎn)所接收的光量成正比。在一個(gè)影像最明亮的部位，可能有超過10萬個(gè)電子被積存起來。3.2.3視覺傳感器1．CCD圖像傳感器曝光后所有產(chǎn)生的電荷都被轉(zhuǎn)移到鄰近的移位緩存器中，并且逐次逐行的轉(zhuǎn)換成信號(hào)流從矩陣中讀取出來。這些電荷訊號(hào)先被送入一個(gè)QV之中將電荷轉(zhuǎn)換成電壓；再將電壓放大進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC將信號(hào)的連續(xù)范圍配合色塊碼賽克的分布，轉(zhuǎn)換成一個(gè)2D的平面表示列，它讓每個(gè)畫素都有一個(gè)色調(diào)值，應(yīng)用這個(gè)方法，再由點(diǎn)組成網(wǎng)格，每一個(gè)點(diǎn)現(xiàn)在都有用以表示它所接受的光量的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，可以顯示強(qiáng)弱大小，最終再整合影像輸出。3.2.3視覺傳感器2．CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器，通常由像元陣列、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、時(shí)序控制邏輯、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成，其工作過程一般可分為復(fù)位、光電轉(zhuǎn)換、積分、輸出幾部分。

CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)框圖3.2.3視覺傳感器2．CMOS圖像傳感器光照射像元陣列，發(fā)生光電效應(yīng)，在像元內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。行選擇邏輯單元根據(jù)需要選通相應(yīng)的行像元。行像元內(nèi)的圖像信號(hào)通過各自所在列的信號(hào)總線輸出到對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)輸出。其中的行選擇邏輯單元可以對(duì)像元陣列逐行掃描也可以隔行掃描，行選擇邏輯單元與列選擇邏輯單元配合使用可以實(shí)現(xiàn)圖像的窗口提取功能。模擬信號(hào)處理單元的主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，提高信噪比3.2.3視覺傳感器2．CMOS圖像傳感器由于雜質(zhì)、受熱等其他原因的影響，即使沒有光照射到象素，象素單元也會(huì)產(chǎn)生電荷，這些電荷產(chǎn)生了暗電流。暗電流與光照產(chǎn)生的電荷很難進(jìn)行區(qū)分。暗電流在像素陣列各處也不完全相同，它會(huì)導(dǎo)致圖形噪聲。另外，光輸入信號(hào)過強(qiáng)的話，像素單元將飽和而不能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，圖像會(huì)模糊。3.3移動(dòng)機(jī)器人視覺原理視覺對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人，就像眼睛對(duì)人一樣重要，根據(jù)視覺系統(tǒng)所使用的攝像機(jī)數(shù)目不同，視覺系統(tǒng)分為單目視覺系統(tǒng)、雙目視覺系統(tǒng)和多目視覺系統(tǒng)。在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，視覺主要用于環(huán)境中目標(biāo)位姿測(cè)量，典型應(yīng)用包括移動(dòng)機(jī)器人視覺定位、目標(biāo)跟蹤、視覺避障等。3.3.1攝像機(jī)成像模型1．參考坐標(biāo)系3.3.1攝像機(jī)成像模型1．參考坐標(biāo)系（1）世界坐標(biāo)系將世界坐標(biāo)系表示成

，此坐標(biāo)系描述空間中各個(gè)目標(biāo)的位置。其原點(diǎn)和各個(gè)坐標(biāo)軸可以由人為自行定義，通常將機(jī)器人的基坐標(biāo)系作為世界坐標(biāo)系。（2）攝像機(jī)坐標(biāo)系攝像機(jī)坐標(biāo)系

是以攝像機(jī)光心為原點(diǎn)設(shè)立的三維直角坐標(biāo)系，Zc軸即攝像機(jī)光軸，正方向?yàn)閿z像機(jī)指向景象的方向，垂直于成像面。

為攝像機(jī)的焦距f。3.3.1攝像機(jī)成像模型1．參考坐標(biāo)系（3）圖像物理坐標(biāo)系目標(biāo)物體經(jīng)由攝像機(jī)采集圖像，將像點(diǎn)投影到成像平面上，稱光軸與成像平面的垂直交點(diǎn)為圖像主點(diǎn)

，以主點(diǎn)為原點(diǎn)建立圖像物理坐標(biāo)系

，其橫軸

和縱軸

分別平行于攝像機(jī)坐標(biāo)系橫軸Xc和縱軸Yc，則物理坐標(biāo)(x,y)代表空間中一點(diǎn)在成像平面上的投影點(diǎn)坐標(biāo)。3.3.1攝像機(jī)成像模型1．參考坐標(biāo)系（4）圖像像素坐標(biāo)系用攝像機(jī)采集圖像，圖像信息是模擬的，經(jīng)過圖像采集卡的處理轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。在計(jì)算機(jī)中數(shù)字圖像的表達(dá)形式是M×N二維數(shù)組，數(shù)組里的元素代表圖像像素點(diǎn)，元素值即為像素值，代表圖像亮度。在圖像上建立圖像像素坐標(biāo)系

，原點(diǎn)為圖像左上角點(diǎn)，橫軸的正方向水平向右，縱軸垂直于向下，單位是像素，像素坐標(biāo)代表了該像素在二維圖像數(shù)組位于第U列、第V行。3.3.1攝像機(jī)成像模型1．參考坐標(biāo)系（4）圖像像素坐標(biāo)系假定主點(diǎn)

的像素坐標(biāo)是

，

軸和

軸相對(duì)于U軸和V軸的尺度因子依次為dx和dy，那么像素坐標(biāo)系和圖像物理坐標(biāo)系的關(guān)系可以下式表示：式中(u,ν)表示物點(diǎn)像素坐標(biāo)系坐標(biāo)，(x,y)表示物點(diǎn)物理坐標(biāo)系坐標(biāo)。3.3.1攝像機(jī)成像模型1．參考坐標(biāo)系用齊次坐標(biāo)與矩陣來表示上式則為：2．?dāng)z像機(jī)針孔模型光線照射到物體上發(fā)生反射，經(jīng)由攝像機(jī)中心（針孔）投影到成像平面上，感光元件將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，最終形成數(shù)字圖像。變換圖形方向即可使其與景物方向一致。3.3.1攝像機(jī)成像模型2．?dāng)z像機(jī)針孔模型針孔模型3.3.1攝像機(jī)成像模型2．?dāng)z像機(jī)針孔模型點(diǎn)P在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(xc,yc,zc)，

點(diǎn)在圖像物理坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x,y)，直線OcOβ的模為攝像機(jī)焦距f，由三角形相似原理可知：3.3.1攝像機(jī)成像模型3．?dāng)z像機(jī)內(nèi)參模型在攝像機(jī)內(nèi)部，物點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系

下的坐標(biāo)映射到圖像像素坐標(biāo)系

，在攝像機(jī)外部，物點(diǎn)在世界坐標(biāo)系

下的坐標(biāo)映射到攝像機(jī)坐標(biāo)系

。物點(diǎn)由三維空間映射到成像平面的像點(diǎn)是失真的，成像平面上的像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是起點(diǎn)為光心且經(jīng)過該像點(diǎn)的射線。得到攝像機(jī)坐標(biāo)系和像素坐標(biāo)系之間的關(guān)系，如下：3.3.1攝像機(jī)成像模型3．?dāng)z像機(jī)內(nèi)參模型令

，用齊次坐標(biāo)和矩陣來表示，如下：3.3.1攝像機(jī)成像模型4．?dāng)z像機(jī)外參模型攝像機(jī)外參模型描述的是攝像機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的映射關(guān)系，用其次坐標(biāo)和矩陣可表示為：(xc,yc,zc)表示景物點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系中坐標(biāo)；(xw,yw,zw)表示景物點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

為攝像機(jī)外參矩陣3.3.2雙目視覺原理模型1．平行雙目視覺模型平行雙目視覺模型3.3.2雙目視覺原理模型1．平行雙目視覺模型在平行雙目視覺模型中，2個(gè)攝像機(jī)的光軸平行，X軸在一條直線上且所指方向一致。左攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)為Ocl，X軸為Xcl；右攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)為Ocr，軸為Xcr；將左右攝像機(jī)光心連線O