面向移動機(jī)器人導(dǎo)航的立體匹配算法研究.pdf

1、雙目立體視覺是計算機(jī)視覺中一個重要研究領(lǐng)域。雙目立體視覺系統(tǒng)通過模擬人類雙眼視覺過程，對攝像機(jī)拍攝的二維圖像通過立體匹配獲取場景的深度信息，從而進(jìn)行三維重建。雙目立體視覺技術(shù)在視頻監(jiān)控、機(jī)器人導(dǎo)航、無人車、虛擬現(xiàn)實(shí)和3D電影等多個方面都有非常廣泛的應(yīng)用前景。立體匹配是三維重建的核心技術(shù)，也是立體視覺研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，穩(wěn)定可靠的感知模塊在視覺導(dǎo)航、視覺伺服等現(xiàn)代移動機(jī)器人平臺中的作用越來越大，立體視覺

2、技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)展。但機(jī)器人工作環(huán)境中光照通常都是非理想的，光照變化會影響立體匹配的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致產(chǎn)生誤匹配，降低算法的魯棒性。機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時決策使得對立體匹配算法的實(shí)時性要求較高，全局匹配算法和傳統(tǒng)局部匹配算法計算復(fù)雜，運(yùn)行時間較長,不適合實(shí)時系統(tǒng)。本文對光照變化條件下的雙目立體視覺技術(shù)進(jìn)行了研究，提高了立體匹配算法在光照變化下的魯棒性和實(shí)時性，使得立體視覺技術(shù)滿足機(jī)器人導(dǎo)航等實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用需求。
　　本文針

3、對非理想環(huán)境下的機(jī)器人導(dǎo)航問題，對非參數(shù)Census變換匹配算法在光照變化條件下的魯棒性進(jìn)行了研究，并對算法進(jìn)行了實(shí)時性能優(yōu)化。本文的主要研究工作如下：
　　1)針對光照變化條件下傳統(tǒng)Census變換算法存在的局限性，本文提出了一種改進(jìn)的Census變換匹配算法。傳統(tǒng)Census變換只是單一地將中心像素與各鄰域像素進(jìn)行比較，對中心像素的依賴性太強(qiáng)，當(dāng)中心像素或鄰域像素的灰度值受到噪聲影響發(fā)生畸變時，立體匹配的穩(wěn)健性明顯減弱。為了克

4、服上述局限，本文對傳統(tǒng)Census變換進(jìn)行了改進(jìn)，將Census變換窗口中所有像素取均值并在其基礎(chǔ)上加一個微小的變量來代替中心像素值，然后做稀疏的Census變換。實(shí)驗(yàn)表明，在光照變化條件下，算法的魯棒性提高，可以得到滿意的稠密視差圖。
　　2)針對機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)時性要求和傳統(tǒng)采用的硬件加速存在的缺點(diǎn)，本文對改進(jìn)的Census變換匹配算法進(jìn)行了性能優(yōu)化。按照立體匹配的步驟，從代碼流程、存儲器組織、高速緩存利用和基于SSE多媒體

5、擴(kuò)展指令等多方面進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮了PC機(jī)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的算法可以使立體匹配滿足實(shí)時性的要求。
　　3)基于OpenCV視覺庫和VS2008開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)本文算法。首先利用Middlebury大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)測試平臺上提供的4對標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行立體匹配，以檢驗(yàn)算法的有效性；然后在實(shí)驗(yàn)室搭建的雙目攝像機(jī)平臺上拍攝實(shí)際場景的圖片，以檢驗(yàn)算法在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的立體匹配性能。實(shí)驗(yàn)表明，改進(jìn)的Census變換匹配算法在光照變化強(qiáng)烈的條件下，