基于透鏡成像機理的目標深度信息獲取算法及其調節(jié)機構研究.pdf

1、現(xiàn)實世界物體的三維信息包括寬度、高度和深度。物體的深度信息是拍照時攝像機鏡頭與所拍物體之間的距離。物體的深度信息對于物體的三維重建有著非常重要的意義，它是其三維信息中不可缺少的部分，在計算機視覺應用中起著關鍵作用。本文是基于透鏡成像機理，利用單目視覺對焦深度法獲取目標物體的深度信息，為機器人完成抓取物體、避開障礙物、跟蹤目標等奠定基礎。
　　 通過分析國內外深度信息獲取方法的研究現(xiàn)狀，指出攝像機標定采用小孔模型的不足，提出基于透

2、鏡成像機理的目標深度信息獲取方法，該方法不改變攝像機焦距，通過移動凸透鏡的位置，僅改變物距和像距，使圖像對焦，研究圖像清晰時目標物體的深度信息。分析深度信息測量模型，提出攝像機焦距和透鏡到CCD面距離的標定方法，根據(jù)標定結果獲取目標物體的深度信息。并分析透鏡位置檢測模型，提出凸透鏡中心平面與CCD平面是否平行的檢測方法。
　　 圖像對焦是本課題深度信息獲取算法的核心，圖像對焦的關鍵是圖像清晰度評價函數(shù)和對焦搜索算法，本課題研究各

3、種圖像清晰度評價函數(shù)和對焦搜索算法，通過實驗比較和分析，選取基于Sobel邊緣檢測算子的圖像清晰度評價函數(shù)，利用遍歷搜索法與最小二乘曲線擬合相結合的方法搜索最佳對焦位置，完成圖像對焦，并用MATLAB編寫相應的圖像處理程序。
　　 根據(jù)成像模型分析，設計一種獨立移動和獨立旋轉的兩自由度并聯(lián)機構，移動自由度用來使圖像對焦，旋轉自由度用來檢測凸透鏡安裝位置，并對該機構進行運動分析。實驗時把凸透鏡和攝像機分別安裝在兩個六自由度位姿調節(jié)

4、平臺上，實現(xiàn)二自由度并聯(lián)機構的等效。
　　 建立實驗平臺，主要有三坐標測量機、六自由度位姿調節(jié)平臺、旋轉機構、攝像機、標靶等，利用這些實驗設備調節(jié)標靶、凸透鏡和CCD成像面位置。實驗的控制及參數(shù)獲取主要利用VC++控制步進電機運動，MATROX對圖像進行采集，MATLAB對圖像進行處理，AC-DMIS配合三坐標測量機測量位置信息。通過實驗對標靶、凸透鏡和CCD成像面位置進行了調節(jié)，對凸透鏡焦距和透鏡到CCD成像面的距離進行標定。