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月球车立体视觉标定与三维重建技术研究

张宏  
【摘要】: 为了确保月球车能够在月球表面安全行走,月球车必须通过视觉系统准确地判断其周围的地形,本文选用了立体视觉技术来实现这部分功能。摄像机标定和三维重建是立体视觉技术中两个重要的环节,本文主要进行这两个方面的研究。 在月球车立体视觉中,由于摄像机的参数不经常变化,并且要求精度较高,因此本文通过分析各种摄像机标定方法的优缺点,将传统的摄像机标定方法作为首选。为了进一步提高标定精度,对利用多平面标定点的Tsai的两步法进行了改进。实验结果表明,该方法算法简单、速度快、精度高、比较容易实现。 在完成摄像机参数的标定以后,需要利用立体匹配结果对空间点进行三维坐标重建。本文采用一种欧氏重建算法对空间点进行三维重建,得到空间点的三维坐标。对整幅图来说,完成点的重建后得到的仅仅是图像上的一些离散点。为了得到视场中地形的完整模型,需要计算出这些离散点所在的表面。本文使用最小二乘法曲面拟合原理,将这些离散点拟合成曲面并显示出来。拟合过程在给出场景表面的同时,可以去除一些误差较大的重建结果。 设计和制作了较高精度的标定和重建实验设备。利用该设备对上面的摄像机标定与三维重建算法进行实验,均得到了满意的结果。实验结果表明,本文中所采用的标定和重建方法应用在月球车立体视觉系统上是可行的,为月球车及其它室外移动机器人视觉系统的实现提供一定的参考。


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