小议基于双目立体视觉的三维定位技术研究

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1、华中科技大学硕士学位论文基于双目立体视觉的三维定位技术研究姓名：刘晶晶申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：宋恩民20070602华中科技大学硕士学位论文摘要立体视觉是计算机视觉中的一个重要研究领域，用于对空间点进行立体定位。由于双目立体视觉直接模拟人类双眼处理景物的方式，适用性广，成为立体视觉领域的研究热点。结合国家自然科学基金项目《三维肿瘤概率映射辅助前列腺活组织穿刺取样方法研究》，对双目立体视觉的各项关键技术进行研究，可对手术器械进行三维定位，指导外科医生进行手术部位的准确定位。双目立体视觉主要包括摄像机标定、立体匹配和三维坐标计算三部分。摄像机标定是

2、立体视觉的一项关键技术，针对计算机辅助外科手术的导航系统操作简单、定位精度高、稳定性好的要求，应选用简单、灵活、快速的摄像机的标定方法，系统采用张氏平面标定算法，并利用单应性矩阵解决了快速自动获取标定板上特征点的像素坐标和世界坐标的问题；此外，改进了张氏标定算法中只校正径向畸变的不足，考虑了切向畸变的影响，使得畸变校正结果更理想，精度更高。对于立体匹配，根据实际背景需要，提出了基于特征的立体匹配方法，采用了新的基于灰度跳变的角点筛选方法，利用亚像素级坐标获取方法得到角点的精确坐标，并利用极线约束将角点搜索空间从二维降到一维，大大缩短了匹配的时间，提高了效率。最后，利用匹

3、配的结果采用最小二乘法计算空间点的三维坐标。实验表明，在现有的实验条件下，系统的三维定位精度比较高，误差比较小，并且操作简单，定位快捷。关键词：双目立体视觉，摄像机标定，立体匹配I华中科技大学硕士学位论文AbstractStereoVisionisusedtolocatespatialpoint,whichisanimportantresearchfieldofComputerVision.BinocularStereoVisionisthefamousoneinStereoVision,duetoitscharacteristicofsimulatingthemann

4、erofman’seyesprocessinginformation,whichhasgreatapplicability.ResearchisdoneonBinocularStereoVision’skeytechnique,basedontheprojectnamedon3DProbabilityModelAssistedProstateTumorBiopsyNavigationSystem.Thesystemcancalculatethepositionofsurgeryinstrumentandinstructdoctorlocatingthepartoffoc

5、us.ThemaintechniqueofBinocularStereoVisioniscomposedofcameracalibration,stereomatchingand3Dcoordinatescomputing.Cameracalibrationisakeyone.FortheSurgicalNavigationSystemofComputer-AssistedSurgerymusthavesimpleoperation,highprecisionandgoodstability,themethodofcameracalibrationmustbesimpl

6、e,flexibleandfast.WeadoptZhang’sflexiblenewcameracalibrationmethod,andsolvetheproblemabouthowtoautomaticallygetthepixelcoordinatesandworldcoordinatesofallthecharacteristicpointsonthecalibrationboardbyhomographymatrix.Besides,weconsidertheeffectoftangentialdistortiontoimprovetheZhang’ssho

7、rtageonlycalibratingradialdistortion,whichhasbetterresultandhighprecision.Accordingtotheactualneed,weputforwardastereomatchingmethodbasedoncharacteristicspoints,whichcanobtainsubpixelprecision.Intheprocessofmatching,weproposeanewwaytofilterpointsbasedonthejumpofgray,inthe