雙目視覺的成像模型分析

李占賢，許 哲

（河北聯合大學 機械工程學院，河北 唐山 063009）

0 引言

在機器視覺中，雙目視覺是指在不需要特殊光源的情況下，運用兩臺視覺傳感器在一定距離范圍內同時對同一物體拍攝，通過獲取的兩幅圖像中對應點的位置關系最終確定該物體的空間位置。機器視覺技術相較于其他技術而言是一種快速發展的新技術，20世紀60年代美國的Robert通過分析大量圖像，把對圖像的研究從二維發展到了三維。20世紀80年代初期，美國麻省理工學院的David Marr教授提出了視覺研究中較為完善的視覺理論系統，該系統至今仍為機器視覺系統發展的理論基礎 。其中涉及到的攝像機成像模型有很多種類，但對雙目視覺而言主要有標準雙目視覺模型和匯聚式雙目視覺模型兩種。

1 標準雙目視覺模型

我們通常把由兩個光軸平行且內部參數一致的相機組成的雙目視覺模型稱之為標準雙目視覺模型［1］，如圖1 所示。

圖1 標準雙目視覺模型

圖2 為標準雙目視覺理論模型，其中，π1和π2分別為左、右兩攝像機的透視平面［2］，P1和P2分別為三維空間點P在左、右兩透視平面的投影點。

假如P點三維空間坐標為（x，y，z），則與之對應的P點在左攝像機中的圖像坐標為P1（X1，Y1），在右攝像機中的圖像坐標為P2（X2，Y2），由此可得到以下關系［3］：

其中：u0，v0，ax，ay為攝像機的內部參數；△x為兩臺攝像機光心之間的距離；X1－X2稱為視差［4］。由此可知，在攝像機內部參數已知的情況下，我們只要知道空間中某點投影到兩攝像機左、右平面上的圖像坐標就可以利用視差原理恢復出該點的空間三維坐標，這也就是雙目視覺三維重建的基本原理?！?br>