基于视频图像的虚拟标定技术研究(2)
1.1 研究背景及课题来源
视觉是人类得到外界环境信息的主要途径，而让计算机或者机器设备具有类似功能，是人类一直努力研究的目标[1]。在这种努力下，1975年P．H．Weston提出计算机视觉(Computer visi0n)这一理念。而二十世纪八十年代初，美国麻省理工大学的教授David Marr首次从信息处理的角度综合了图像处理、心理物理学、神经生理学及临床精神病学的研究成果，提出迄今为止最为完善的视觉系统框架。虽然Marr的理论并不完善，但清晰的理论结构极大地促进了这一新兴领域的发展。所谓的计算机视觉，就是一种以视觉处理为理论依据来模仿生物的视觉功能的人工智能。计算机视觉包含了数字信号处理、成像技术、计算机图形学、应用物理、数据识别等各方面的理论知识，总而言之，它就是一门如何运用摄像机等机器设备来获得我们需要的视频图像中物体信息的学科（如图1-1）。作为目前人工智能与计算机学科中较为热门的研究项目，其方向有二：首先就是开发出更加高效以及更加智能的图像处理系统，让人们更加从容的处理信息，在如今这一个数字化时代，前景毋庸置疑[2]。另一方面，模仿并超越生物视觉，最后替代人类的视觉，收集人类想要观察到的一切信息[3]。
图1-1 计算机视觉与各方面的联系
进入二十一世纪，随着技术的不断更新换代，不断有更有创意以及更实际的产品投入市场，其中，伴随科学技术的不断进步以及计算机软硬件技术的飞速的发展而得到空前发展的计算机视觉技术，其主要优点在于，人为的构建了一个虚拟的空间，这个空间完全是由计算机模拟的三文空间，人们可以将各种研究数据编入其中，将其转化为可见的各种信息[4]。同理，亦可以将真实世界的环境数据编入其中，从而达到逼真的视觉效果以及可以严谨的科学分析。目前，这种技术的投入使用，大大的改变了人们的生活方式，在其技术上延伸出的产品已在现实世界里占据很大的比重，列如：GPS自动导航系统、大工厂的自动组装、现代化农业的大规模经营、交通里的车辆检测、医学中的各种检查设备以及现实中的各种信息传递等。同时，这也是虚拟环境技术的由来。而由其组成的虚拟现实技术，可以实现模拟物体与真实物体共存的现象，如图1-2，椅子和台灯由模拟而成，而电话与桌子则是真实的。
图1-2 虚拟现实技术
本次实验中，最主要的目的就是三文重建，从视频图像中得到的二文信息还原成物体的客观三文信息。根据Marr教授的理论，我将其分为以下三个部分[2]：
1、视频图像中特征点的提取,即从多帧图像中找出与所取特征点对应的点的过程。
2、处理所用的照像机,即确定照像机与外部环境决定的亮度、像素、以及物理结构等相关参数。
3、解决上述问题后，还要确定照相机在拍摄不同相片时的相对位置，即确定其运动参数。
可以看出,在三文重建中，图像标定技术是其重要一环，决定了三文重建的顺利与否。因此，具有很大的研究价值。
1.2 相机标定技术的发展
计算机视觉技术主要是通过得到的图像二文信息,来得到三文环境中事物的坐标、轮廓等物理信息,然后模拟三文信息[5]。二文图片上相关点上的数据反映了三文物体表面上所选取的特征点的物理信息，其中，三文物体表面所选取的特征点的位置与其在二文图片上相关点的位置之间的物理关系，取决于拍摄时的几何模型[6]。从中得到的参数称之为摄像机参数。标准情况下，这些数据可以通过测量以及演算来获得，这也是标定过程。因为在影视测绘方面也有类似的麻烦,多年前对这一方面研究拥有不小的收获。因为图像标定技术在研究和应用中都具有较大作用,所以近年来各种学者对其进行了大量的论证与实验,由于多角度多范围的研究，标定技术得到了长足的发展,对于各种环境下都拥有相应的成果。摄像机标定技术主要运用了摄像机拍摄技术以及几何学，标定中运用了大量的应用数学的理论知识对参数进行分析。一以贯之，图像标定中所运用的方法与测绘学里的方法类似，但又有不同，主要在于：
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