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3.1 立体视觉测量原理

3.1.1 视差原理

人眼在观察外界三维物体时,两眼间存在一定的水平距离(约60mm),两眼观察物体的角度不同,造成两眼视网膜上的物像存在一定程度的水平差异。这种在两眼视网膜上成像出现、微小、主要在水平方向上存在一定差别的水平像位差,称为双眼视差或立体视差,它反映了三维物体的远近程度。人之所以能感知深度,就是在这个双眼视差的基础上,经过大脑加工综合后区分空间物体的上下、前后、远近,从而产生立体视觉。

基于视差原理的立体视觉检测系统,运用两台或者多台摄像机对同一三维物点从不同位置成像获取其立体像对,通过后续的各种算法得到对应的点对像素坐标,进而计算出视差,然后采用三角测量的方法获取深度信息。

3.1.2 双摄像机立体视觉测量原理

在双摄像机立体视觉检测系统中,分别连接左右摄像机的光心和三维物点,交左右像平面两点,根据视差原理,可以获得左右像点的距离,由于光心距离、摄像机焦距已知,根据三角几何关系可以计算出两摄像机公共视场内三维物体的深度及空间物点的三维坐标。

图3-1所示为平行放置、像面位于同一平面上的双摄像机立体视觉测量原理图。设两摄像机相距一定的距离 B (基线距),摄像机的焦距均为 f ,两摄像机同时拍摄空间物体上的一点 P ,分别在左图像和右图像上获取点 P 的图像,它们的图像坐标分别为 P left =( X left Y left ), P right =( X right Y right )。设两摄像机的成像平面共面,则特征点 P 在两幅图像上对应的图像纵坐标 Y 相同,即 Y left = Y right = Y ,横坐标 X 相差一个数值,在图3-1的三角形中,由几何比例关系得

图3-1 双摄像机立体视觉测量原理

则视差为Disparity= X left -X right 。由此可计算出空间点 P 在摄像机坐标系下的三维空间坐标为 1L/8GTLyDyih/UIum4yHk4y0URVvp0aKg4oQGyQ11P9CTRpkECLKVURgTxiSncsj

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