光電測量第八講視覺測量ppt課件

1、第八講第八講 視覺測量視覺測量一、攝像機(jī)成像模型一、攝像機(jī)成像模型1.針孔成像近似模型針孔成像近似模型 從透鏡成像的根本原理得到近似主光線中心射影變從透鏡成像的根本原理得到近似主光線中心射影變換。換。2.兩個(gè)圖像坐標(biāo)系兩個(gè)圖像坐標(biāo)系1以像素為單位的圖像坐標(biāo)系計(jì)算機(jī)內(nèi)存或屏幕以像素為單位的圖像坐標(biāo)系計(jì)算機(jī)內(nèi)存或屏幕2以毫米為單位的圖像坐標(biāo)系攝像機(jī)以毫米為單位的圖像坐標(biāo)系攝像機(jī)CCD感光面感光面ooXuudXYvvdY第八講第八講 視覺測量視覺測量用齊次坐標(biāo)描畫為：用齊次坐標(biāo)描畫為：或：第八講第八講 視覺測量視覺測量3. 攝像機(jī)坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系第八講第八講 視覺測量視覺測量1Ocxcyczc與與

2、Owxwywzw之間是三維剛體變換關(guān)系，可描畫如下：之間是三維剛體變換關(guān)系，可描畫如下：0111cwcwTcwxxyRtyzz第八講第八講 視覺測量視覺測量4. 攝像機(jī)線性成像模型 基于中心攝影變換透視投影變換 坐標(biāo)系的建立不同，詳細(xì)的表達(dá)方式不一樣，但本質(zhì)一樣1后向投影模型第八講第八講 視覺測量視覺測量 f : 有效焦距，即投影中心到像平面的間隔； 光軸：zc軸； O1：光軸與像平面的交點(diǎn), O1(0,0,-f) Oc: 攝像機(jī)透視投影中心, Oc(0,0,0) Oc-xcyczc: 攝像機(jī)坐標(biāo)系 O1-XY: 攝像機(jī)像平面坐標(biāo)系,X軸平行于xc軸，Y軸平行于yc軸 P：空間三維點(diǎn)，P(xc

3、,yc,zc) p：P對應(yīng)的攝像機(jī)像平面上的二維點(diǎn), p( X,Y,-f ) 根據(jù)向量的性質(zhì)有：cckO pO P第八講第八講 視覺測量視覺測量即即 000000cccXxkYyfz 于是得到攝像機(jī)的透視投影模型：于是得到攝像機(jī)的透視投影模型： ccccxXfzyYfz 進(jìn)一步可用矩陣表示如下：進(jìn)一步可用矩陣表示如下：000000100101ccccxXfyzYfz第八講第八講 視覺測量視覺測量2前向投影模型請同窗們推導(dǎo)3后向投影模型攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)與圖像坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，板書圖示，請同窗們推導(dǎo)第八講第八講 視覺測量視覺測量4 4討論討論000000100101ccccxXfyzYfz假設(shè)知

4、點(diǎn)在的三維坐標(biāo)假設(shè)知點(diǎn)在的三維坐標(biāo)xc,yc,zc,那么獨(dú)一確定其對應(yīng)的像平面上的那么獨(dú)一確定其對應(yīng)的像平面上的二維坐標(biāo)二維坐標(biāo)(X,Y)；假設(shè)知點(diǎn)在的二維坐標(biāo)假設(shè)知點(diǎn)在的二維坐標(biāo)(X,Y)，卻不能獨(dú)一確定其對應(yīng)的空間三維坐標(biāo)，卻不能獨(dú)一確定其對應(yīng)的空間三維坐標(biāo)xc,yc,zc。如何處理這個(gè)問題？。如何處理這個(gè)問題？第八講第八講 視覺測量視覺測量二、齊次坐標(biāo)二、齊次坐標(biāo)初等幾何中的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)：相交、平行初等幾何中的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)：相交、平行 直線只需一個(gè)無窮遠(yuǎn)點(diǎn)直線只需一個(gè)無窮遠(yuǎn)點(diǎn)直線可以看成是封鎖的，是圓的特殊方式直線可以看成是封鎖的，是圓的特殊方式攝像機(jī)成像的數(shù)學(xué)籠統(tǒng)用一維情形闡明：為什么引入無攝

5、像機(jī)成像的數(shù)學(xué)籠統(tǒng)用一維情形闡明：為什么引入無窮遠(yuǎn)點(diǎn)？窮遠(yuǎn)點(diǎn)？不加闡明，直接給出齊次坐標(biāo)的標(biāo)定方式不加闡明，直接給出齊次坐標(biāo)的標(biāo)定方式從兩條直線相交闡明無窮遠(yuǎn)點(diǎn)從兩條直線相交闡明無窮遠(yuǎn)點(diǎn)嚴(yán)厲的數(shù)學(xué)定義無窮遠(yuǎn)點(diǎn)嚴(yán)厲的數(shù)學(xué)定義無窮遠(yuǎn)點(diǎn) 低維點(diǎn)在高一維仿射坐標(biāo)系下的矢量坐標(biāo)即為低維點(diǎn)的低維點(diǎn)在高一維仿射坐標(biāo)系下的矢量坐標(biāo)即為低維點(diǎn)的齊次坐標(biāo)齊次坐標(biāo) 第八講第八講 視覺測量視覺測量三、歐氏空間的剛體變換三、歐氏空間的剛體變換一維、二維、三維一維、二維、三維 舊坐標(biāo)系：舊坐標(biāo)系：Oxy, P點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)x,y新坐標(biāo)系：新坐標(biāo)系：Oxy, P點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)x,yO在在Oxy坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為x

6、0,y0 給出二維的剛體變換公式給出二維的剛體變換公式:矢量的加減運(yùn)算矢量的加減運(yùn)算第八講第八講 視覺測量視覺測量四四.射影變換仿射變換射影變換仿射變換一維一維二維二維第八講第八講 視覺測量視覺測量五五.不變量不變量 1.簡比簡比 2.交比射影不變量交比射影不變量 3.兩條二次曲線射影不變量兩條二次曲線射影不變量第八講第八講 視覺測量視覺測量 六六.雙目立體視覺丈量模型雙目立體視覺丈量模型 1.兩個(gè)攝像機(jī)成像模型的組合兩個(gè)攝像機(jī)成像模型的組合 2.中間加一個(gè)剛體變換中間加一個(gè)剛體變換平行雙目：視差平行雙目：視差D普通雙目普通雙目第八講第八講 視覺測量視覺測量lefccctB XxDB YyDB

7、 fzDllllr xr zr7l8ll 9r1l2ll 3lr yr zr7l8ll 9r4l5ll 6()()()() ()()lxzXfyzYfff tX tzX r XrYf rf r XrYf rff tYtY r XrYf rf r XrYf r第八講第八講 視覺測量視覺測量 七七. 立體匹配立體匹配 1.外極線約束外極線約束第八講第八講 視覺測量視覺測量2. 一致性約束：灰度的類似性一致性約束：灰度的類似性0000/ ),(),(jifjifkkkk( , )( , )/fi jfi j類似度評價(jià)函數(shù)：類似度評價(jià)函數(shù)：k0k11( , )( , )nmijf i jfi j第八講

8、第八講 視覺測量視覺測量3. 獨(dú)一性約束獨(dú)一性約束4. 延續(xù)性約束：延續(xù)性約束：1順序一致性；順序一致性；2視差延續(xù)性視差延續(xù)性第八講第八講 視覺測量視覺測量 八八.構(gòu)造光三維視覺丈量模型構(gòu)造光三維視覺丈量模型 1. 攝像機(jī)模型光平面模型攝像機(jī)模型光平面模型 2. 簡化為空間兩個(gè)平面兩條直線的中心射簡化為空間兩個(gè)平面兩條直線的中心射影變換模型影變換模型gggpctgZXD YXtra( )( )(180 )fHPRRT第八講第八講 視覺測量視覺測量XYcxcycz攝像機(jī)坐標(biāo)系fioLoLzLxLy激光投射器模塊坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)光光平面像平面坐標(biāo)系cOL0z L123xL456yL789z11xf rf rf rf TXyYf rf rf rf TzrrrT12xL45yL78z11f rf rf TxXYf rf rf TyrrT第八講第八講 視覺測量視覺測量3. 光條特征信息的提取希望大家本人看懂，很有用 200000)(2