基于單目視覺(jué)的障礙物檢測(cè)與三維重建.pdf

1、基于視覺(jué)的導(dǎo)航與三維重建是計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。其中，基于立體視覺(jué)的視覺(jué)導(dǎo)航和三維重建比較成熟，其實(shí)質(zhì)是利用雙目或者多目攝像機(jī)的視差信息從二維圖像中恢復(fù)場(chǎng)景的深度信息，從而重建整個(gè)三維場(chǎng)景或者對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行判斷、理解以進(jìn)行導(dǎo)航。本文主要研究的是基于單目視覺(jué)的障礙物檢測(cè)和三維重建，其實(shí)質(zhì)是利用單目攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)信息從二維圖像中恢復(fù)場(chǎng)景的深度信息或者相對(duì)深度，從而達(dá)到三維重建或者視覺(jué)導(dǎo)航中的障礙物檢測(cè)的目的。 障礙物檢測(cè)與規(guī)避是基于視

2、覺(jué)的移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航的先決條件。對(duì)于視覺(jué)導(dǎo)航，并不需要重建整個(gè)三維場(chǎng)景，而僅需提取場(chǎng)景的相對(duì)深度(time-to-contacO。在靜態(tài)環(huán)境中，從運(yùn)動(dòng)的單目攝像機(jī)視頻序列中可以獲得移動(dòng)機(jī)器人的ego-motion信息并恢復(fù)場(chǎng)景的相對(duì)深度，從而為障礙物檢測(cè)和規(guī)避提供依據(jù)。提出了一種基于攝像機(jī)前方局部地平面假設(shè)利用光流的障礙物檢測(cè)方法，用4個(gè)以上空間中同屬于一個(gè)平面的點(diǎn)的光流估計(jì)出攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并且對(duì)障礙物估計(jì)出相對(duì)深度，生成障礙物圖

3、。實(shí)驗(yàn)表明該方法適用于室內(nèi)和室外場(chǎng)景中的移動(dòng)機(jī)器人障礙物檢測(cè)和規(guī)避視覺(jué)系統(tǒng)；提出了一種基于場(chǎng)景中有遠(yuǎn)處點(diǎn)假設(shè)的利用光流的障礙物檢測(cè)方法，從單目攝像機(jī)視頻序列中提取出連續(xù)兩幀，用KLT特征點(diǎn)跟蹤方法得到稀疏的光流，基于遠(yuǎn)點(diǎn)假設(shè)估計(jì)車體運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)分量和FOE，并對(duì)估計(jì)出的參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化。得到車體運(yùn)動(dòng)的參數(shù)后，估計(jì)場(chǎng)景的相對(duì)深度，并進(jìn)行后處理識(shí)別出障礙物。實(shí)驗(yàn)表明該方法是合理的，適合于一般的室外場(chǎng)景。 三維重建是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的一個(gè)

4、重要的研究方向，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航中的障礙物檢測(cè)和三維地形重建、工業(yè)制造中的實(shí)物造型、醫(yī)學(xué)影像分析以及虛擬現(xiàn)實(shí)等。提出了一種基于單相機(jī)的高精度三維重建方法，在待重建場(chǎng)景中放置一塊平面標(biāo)定模板，用內(nèi)參數(shù)已知的攝像機(jī)拍攝不同角度的二幅圖像，利用場(chǎng)景中的標(biāo)定模板精確地求解出拍攝時(shí)攝像機(jī)的外參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行立體標(biāo)定、配準(zhǔn)和匹配，得到視差圖進(jìn)而實(shí)現(xiàn)歐式幾何意義下的三維重建。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、配置靈活，重