基于特征圆的单目视觉位姿测量算法的研究-通信与信息系统专业论文.docx

研究生优秀毕业论文大连理工大学硕士学位论文摘要视觉测量是一门涉及计算机测量理论、数字信号处理、图像处理与模式识别、以及计算机技术等众多学科的技术。随着计算机在各个领域上的应用，视觉测量技术也在相关领域得到长足发展。而基于单目视觉的位姿测量技术因其系统结构简单、性能稳定、成本低、测算速度快等优点，被广泛地运用在多个实际场景中。本论文研究的视觉测量算法是以视觉位姿测量为研究背景，解决工程应用中，实际测量环境的目标特征的选择，目标特征解的对应性问题以及分析机械手野外作业时遇到不同范围的信噪比的位姿测量问题。介绍了视觉测量模型的相关理论，以及对目前普遍采用的摄像机内外参数标定方法进行了讨论，选择张正友标定法对摄像机进行标定。其次，讨论了基于单目视觉的特征圆目标位姿测量算法，该算法能通过二维图像计算空间圆的三维位姿。但计算结果存在二义性，为了消除二义性，本文设计了基于连续图像的位姿测量算法，在实时监控视频中，一般采用PAL制，每秒25帧，相邻帧的时间间隔为40ms，在此时间间隔内，低速运动的物体位姿变化较小。因此通过连续图像的位姿具有一定相关性原则去除位姿虚假解。选择合适的实验器材和实验布局，在采集的图像上对图像进行预处理，包括小波去噪，k均值聚类算法以及椭圆识别等。在该实验设备上证明了本算法的有效性，得出当计算精度小于0．1％时，该方法能够消除解的二义性问题。对影响特征圆测量因素进行了研究，将噪声分成大信噪比和小信噪比两类，对不同范围的信噪比采用不同方式去噪，当信噪比较大时，采用小波对图像进行去噪；当信噪比较小时，采用基于暗通道先验的局部去噪算法进行去噪，实验结果表明基于暗通道先验的局部去噪方法能将大面积遮挡的图像恢复出较清晰的图像，但测量精度比大信噪比的精度低。关键词：单目视觉；位姿测量；二义性消除；增强对比度万方数据基于特征圆的单目视觉位姿测量算法的研究MonocularVisionResearchofPoseEstimationBasedonCirclarFeaturesAbstractVisionmeasurementisawidelyusedtechnologywhichinvolvesmanydisciplines，likecomputermeasurementtheory，digitalsignalprocessing，imageprocessing，pattemrecognition，andcomputertechnology，etc．Withthedevelopmentandapplicationofcomputersinvariousfields，visionmeasurementtechnologyhasmaderapidprogressinrelevantareas．Especiallytheposemeasurementtechnologybasedonmonocularvisioniswidelyappliedinmanypracticalscenariosforitssimplestructure，stableperformance，lowcostandfastestimatedspeed．Thispaperistoachievethetaskofmeasuringthepositionsandorientationsofcharacteristiccirclebasedonvisionmeasurement，whichareinacomplexenvironmentespeciallywithhaze．Firstly，theoryofvisionmeasurementmodeliSintroduced，aswellastheinternalandexternalcameracalibrationmethods，whicharecommonlyused，andselectingZhangZhengyoucalibrationmethodtocalibratethecamera．Secondly，thecirculartargetposemeasurementalgorithmbasedonmonocularvisionfeatureisdiscussed，thealgorithmCancalculatethree-dimensionalposefromtwo—dimensionalimages．Buttheresultisambiguous，inordertoeliminateambiguity，posemeasurementalgorithmbasedonsequentialimagesisproposed．Inreal-timesurveillancevideo．thePALsystem(25fram