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计算机视觉系统若干关键问题研究

李莉  
【摘要】: 计算机视觉技术在工业、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景,论文在总结国内外计算机视觉领域的研究现状和发展趋势的基础上,系统、深入地研究了摄像机标定、图像配准、视觉跟踪和视觉测量等计算机视觉系统中的几个关键问题,并将理论研究成果应用于相应的计算机视觉任务中,验证了本文所提出的方法的可行性和有效性。 首先,研究了标定帧清晰度不理想情况下的摄像机标定问题。首先分析了基于平面标靶的两步标定法的基本原理,给出了衡量标定结果误差的图像畸变测度计算方法,将本文中不理想条件下的标定问题转化为主控制点的优化问题,采用粒子群优化法实现优化过程。仿真结果验证了该算法的有效性,该标定算法在论文第四章的视觉跟踪任务中得到应用,验证了该算法的工程实践价值。 其次,研究了一类幅值非恒定的图像变换模型的图像配准问题。通过引入幅值变化系数来表征图像灰度差异,建立了幅值非恒定的图像变换模型。针对幅值非恒定的平移变换模型,证明了扩展差值函数有零点与平移量之间存在线性关系,提出了基于扩展差值函数的配准算法,仿真结果表明该算法具有较高的抗噪性和较低的计算复杂度。针对幅值非恒定的旋转变换模型,证明了待配准图像与基准图像在一定角度上的Radon变换矢量线性相关,提出了基于Radon变换矢量匹配的配准算法。针对幅值非恒定的刚体变换模型,提出了基于角度差值函数和径向差值函数的配准算法,该算法消除了冗余系数的负面影响,仿真结果表明该算法在保证计算精度的同时降低了计算的复杂度。该算法应用于论文第四章和第五章的视觉任务,验证了其在工程实践中的可行性和有效性。 然后,研究了单目和双目视觉跟踪问题。针对单目视觉跟踪问题,提出了改进的均值漂移跟踪算法,建立了均值漂移跟踪的模型更新机制,解决了核函数窗宽的自动选取问题,降低了均值漂移跟踪算法对背景颜色的要求,并提高了对变外观目标的跟踪能力。针对双目视觉跟踪问题,采用图像拼接技术实现了对多视频源图像的信息整合,将多台摄像机拍摄的视场图像拼接成全局视场图像,扩大了系统监控范围,实验结果验证了该算法的可行性。 最后,研究了非合作目标的视觉位姿测量问题。设计了两段式非合作目标位姿测量方法,采用运动式立体视觉测量技术将非合作目标转化为合作目标,在此基础上使用P3P位姿测量法计算非合作目标的位姿运动参数,为非合作目标视觉测量提供了崭新的解决思路。该方法在空间交会对接地面仿真系统的视觉测量子系统中进行了试验,现场实验结果验证了本文视觉位姿测量方法的可行性和有效性。


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