水下双目立体视觉稠密匹配算法的研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目水下双目立体视觉稠密匹配算法的研究作者姓名卢士强学科专业导航、制导与控制指导教师李雅倩副教授2016年5月中图分类号：TP391学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学硕士学位论文水下双目立体视觉稠密匹配算法的研究硕士研究生：卢士强导师：李雅倩副教授申请学位：工学硕士学科专业：导航、制导与控制所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinNavigationGuidanceandControlTHERESEARCHOFUNDERWATERBINOCULARSTEREO

2、DENSEMATCHINGALGORITHMSbyLuShiqiangSupervisor:ProfessorLiYaqianYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《水下双目立体视觉稠密匹配算法的研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要海洋资源丰富，空间广阔，开发潜能巨大。视觉技术是

3、水下探测的重要工具之一，具有速度快、精度高、信息量大等优点，是水下机器人探测的重要组成部分。水下机器人工作的关键是获取可靠的水下图像并进行处理，而水下图像处理的关键是立体匹配。本文以双目立体视觉的水下应用作为研究对象，对空气中现有立体匹配算法进行了改进，使其适用水下环境。主要做了以下工作：(1)本文首先从摄像机成像模型出发，介绍了4种参考坐标系及它们之间的数学相关性，然后构建线性成像模型、水下环境成像模型；其次介绍了常用的平行双目立体视觉系统，推导了视差与目标深度的数学表达式；重点介绍了立体匹配算法的基础概念、主要步骤、约束条件及分类。(2)针对水下环境中光线发生折射、散射、吸收等导致水下

4、图像畸变，图像模糊，Daisy算法在灰度图像上匹配正确率低等问题，提出两种基于颜色模型的Daisy改进方法。方法一，RGB模型下，在R、G、B三个通道分别利用Daisy算法生成子描述符，将子描述符组合成一个更大描述符，与在灰度图像上生成描述符相比，差异性增加，然后利用欧式距离相似性测量公式寻找匹配点；方法二，将原始RGB颜色模型转换成高斯颜色模型，增强图像光照不变性、颜色不变性，然后在E、E、E三个通道分别利用Daisy算法计算描述符并求平均值，最后选择欧式距离相似性测量公式寻找匹配点。实验数据显示，两种改进方法与SIFT匹配正确率相似，同时算法时间有一定降低，可以在水下图像的稠密匹

5、配场景中应用。(3)针对水下图像不再满足空气中的极线约束条件这一问题，提出一种将色彩分割和曲线约束相结合的水下立体匹配算法。首先利用参考图像的颜色信息进行色彩分割，然后使用基于区域的SAD算法进行匹配，根据匹配窗口中像素落在不同分割区域，分配不同权重，组成新的匹配代价；然后推导参考图特征点对应的曲线约束条件，将该曲线约束作为SAD算法在待匹配图上寻找对应点的搜索范围，减少计算量。实验数据显示，本文算法优于SIFT特征匹配算法，匹配正确率提高较明显。关键词：双目视觉；立体匹配；水下图像；水下折射；色彩分割；曲线约束I燕山大学工学硕士学位论文AbstractOceanhasgreatpoten

6、tialfordevelopmentwithitsrichresourcesandvastspace.VisionTechnologyisanimportanttoolforunderwaterexploration,withhighspeed,highprecision,largeamountofinformation,etc.,andisequippedwithunderwaterexplorationrobot.Thekeytomakeunderwaterrobotworkistoobtainreliableunderwaterimageandimageprocessing,wher

7、easthestereomatchingisthecoretechnologyofunderwaterimageprocessing.Thispaperconductssystematicresearchesonunderwaterbinocularstereovisionandmakesimprovementtotheexistingstereomatchingalgorithmintheairtomakeitsuit