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基于双目视觉的测距系统研究

王杰  
【摘要】:随着国际上恐怖爆炸活动的日趋频繁,世界各国越来越重视排爆机器人领域的研究,如何提高排爆机器人作业的成功率成了各国科技工作者的一个重要的课题。排爆机器人能否成功抓取爆炸物的首要任务是其能否准确定位爆炸物与排爆机器人或者爆炸物与手爪之间的距离,因此研究相关测距定位技术具有重要的现实意义。针对排爆机器人特殊的作业环境,本文研究设计了基于双目视觉技术的测距系统,来测量目标物的距离。本系统主要利用人眼的立体成像机理,通过两个摄像机模拟人的双眼采集图像,并结合双目立体视觉模型来计算目标物的距离,最后通过串口将结果传送给主控制器指导排爆机器人作业。本文主要研究如下:1、研究了双目立体视觉技术在国内外的研究现状,分析了双目立体视觉的基本原理,详细推导出双目测距系统的数学模型,介绍了双目测距系统的结构,主要由图像采集、图像预处理、相机标定、特征提取、立体匹配五个部分构成,为下文系统设计奠定了理论基础。2、描述了相机标定中的三种参考坐标系及其相互之间的关系,选择了传统的针孔模型作为相机标定的参考模型,并详细分析了双目测距系统中左右摄像机参数的计算方法。双目立体视觉系统中最关键且最难的部分是特征提取及特征匹配技术,本文分析了SIFT和Harris两种特征提取及匹配方法,通过距离信息排除错误的匹配点来提高匹配率,并在实际环境下对魔方进行角点检测及匹配分析来比较两种算法的优缺点。3、分析了嵌入式系统良好的发展趋势,并建立了基于S3C2440的嵌入式硬件平台,详细介绍了系统的硬件结构,主要包括处理器、摄像头、存储管理、电源管理、LCD触摸屏及UART接口部分。选择嵌入式Linux操作系统来管理系统的软件和硬件资源,采用Qt/Embedded图形用户界面进行人机交互设计,针对双目视觉系统进行嵌入式Linux移植,并在Linux下开发应用程序,主要包括图像采集设计、串口通信设计及双目测距算法实现。最后通过实验验证双目测距系统的精度,实验数据表明,本测距系统测量的结果基本达到预期的要求,工作稳定、可靠,能够为后续排爆机器人视觉系统的开发打下坚实的基础。


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