基于立体视觉的3D地形拼接

为了从月球车上的全景相机所捕获的立体图像对重建月球车周围的3D地形,给地面科学家制定科学探测指令提供一个直观的可视化平台,预先展开了基于立体视觉的3D地形重建的研究,主要介绍了在3D地形拼接方面的研究进展。当恢复出多个局部3D地形模型时,首先基于边缘检测和图像匹配技术提取出相邻局部模型之间的公共数据点,然后采用分离旋转变换和平移矢量的策略拟合出相邻模型之间

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C m ue n ier g ad A pi t n计算机工程与应用 o p t E gn ei n p l ai s r n c o

基于立体视觉的 3 D地形拼接焦春林，高满屯，史仪凯JAO h n l GAO Ma— u S - a I C u—i n, n tn, HI Yi k i

西北工业大学机电学院，西安 7 07 10 2S h o f Me h t n c, rh s r o ye h ia ie st Xi a 0 7 C i a c o l o c ar is No t we t n P lt c nc Un v ri o e l y,’ n 71 0 2, h n E mal c u l 2 4@ 1 3 c i— i: h n i 3 5 6 .on n1

J AO Ch n-i GAO M a t n, HI I u l n, n—u S Yi k i D tr an e itain a e o se e vso . mp tr - a. 3 e r i rg sr t b s d n tr o iinCo u e En ie rn a d o gn e ig n

A pia i s 2 0, 4 2 ) 2 6 2 8 p l t n, 0 8 4 ( 3:0 - 0 . c oAb t a t T e o sr c 3 e ri r u d t e ln r r v r f m tr o i g— ar a t r d b h a o a c c me a b s d o sr c: o r cn t t D tr n ao n h u a o e r u a o se e ma e p i c pu e y t e p n r mi a r, a e n s wh c n i t i v l t r c n b u p fr s in it o p a x l r t n c mma d,h u h r e a o t t td 3 tra n ih a n u t e p a om a e p t u o ce t s l n e p o ai o i f s t o n s t e a t o s s t b u o su y D e r i r g s a in b s d n see iin i d a c . h a e r s ns ol c iv me t o D e an r gsr t nW h n a f w o o a e it t a e o tr o vso n a v n eT e p p r p e e t l a h e e n n 3 tr i e i ai . e e f l c l r o r t o

3 e a o e aeb e eo s u

tdrset eyfsy f d te cm o D p it b ten ee w dae tl a i d D tr i m d l h v enrcnt ce epci l,rl n h o m n 3 o s e e vr toajcn o l n— n s r v it i n w y c oes b s d o e g ee t n a d i g th n, e o d y f h ti f c o d n t r n f r a in e l yn h e h i u f l a e n d e d t ci n ma e ma c i g s c n l t t e ma r o o r i ae t so o i x a m t mp o i g t e t c n q e o o s p r t g oa in e a a i r tt ma r a d r n lt e t r a d l sl e itr t e e l c l D n o ti n t sae v c o, n a t r g se h s o a 3 mo e s i t a i ge c o d n t y t m. x e— x a y d l n o s l o r i ae s se E p f n i me t lr s l f r c n t ci g i d o n u d o c n s s o h t t e t ran r gsr t n me h d i f a i l. n a e u t o e o s u t n o r a d o t o r s e e h w t a h e i e it i t o s e s e s r n ao b Ke r s s r o vso 3 r c n t cin; D mo e e it t n; g t h n y wo d: t e iin; D e o sr t e u o 3 d l r gsr i i a o ma e ma c i g

摘

要：了从月球车上的全景相机所捕获的立体图像对重建月球车周围的 3为 D地形，给地面科学家制定科学探测指令提供一个

直观的可视化平台，预先展开了基于立体视觉的 3 D地形重建的研究，主要介绍了在 3 D地形拼接方面的研究进展。当恢复出多个局部 3 D地形模型时，先基于边缘检测和图像匹配技术提取出相邻局部模型之间的公共数据点，首然后采用分离旋转变换和平移矢量的策略拟合出相邻模型之间的坐标转换关系，之后就可以将局部模型统一在同一个坐标系下。通过室内和室外多次实验验证了该拼接方案。

关键词：立体视觉；D重建；D模型拼接； 3 3图像匹配DOI1 .

7￣i n10— 3 1 0 8 3 6文章编号：0 2 8 3 (0 8 2— 2 6 0文献标识码： 中图分类号：P 9:03 8 .s.0 2 8 3 . 0 . . 2 7 s 2 20 1 0— 3 1 2 0 )3 0 0— 3 A T31

在未来的月球探测二期工程中，月球巡视探测器(对月球车)的控制主要采用遥操作和自主导航相结合的方式，地面科测任务，完成科学探测的既定目标。全景立体相机捕获的立体图像对是最直接和最直观的数据源之一，可以通过立体图像对

销，同时还需要增加巡视探测器的载荷 (探测器的载荷是严格控制的 )后一条思路没有这些不利因素，;主要从这条思路出发在本文的拼接方法中，不需要在场景中预先设置控制点， 采用了边缘检测和图像匹配的技术从局部模型之问的重叠区域提取出对应的特征点集对，根据刚体长度的不受『生原理剔除其中的异常数据点；然后由纠错后的对应点集对拟合坐标转换关系矩阵；最后由拟合出的坐标转换矩阵将局部模型统一到同一

学家需要根据探测器所携带的各类传感器传回的数据制定探研究 3 D模型的拼接。

恢复探测器周围的 3 D地形，给科学家制定科学探测计划提供—

个直观的平台。通常由于可视范围和视场角的限制，单个的

立体图像对只能提供一个非常小的局部场景的 3 D模型。为了恢复出巡视探测器周围的大场景 3 D地形模型，需要各个局部小模型拼接实现。所以本文致力于 3 D地形模型的拼接技术研究。 3 D模型拼接的关键技术是将模型统一到一个标准坐标系下，因为直接由图像对I出的局部模型一般都是在左相机恢复

个坐标系下，完成大场景地形的 3 D拼接。在拟合坐标转换

矩阵时，采用了分离旋转变换和平移变换的方式，第一步先拟合出旋转变换矩阵，第二步拟合出平移矢量，旋转矩阵和平移矢量可以完全描述—个 3 D空间坐标变换。

(或右相机)坐标系下表示的，而相机坐标系是随着相机的运动不断变化的。统一局部模型的坐标系一般有两条思路：其一，加装高精度的记录相机运动的测量设备，由运动矢量构建各个时区域拟合坐标转换关系。前一条思路需要额外的设备费用开作者简介：春林 (97 )男，焦 17一，博士研究生，主要研究方向：计算机视觉。收稿日期：0 7 1— 4 20—02修回日期

:0 80— 1 2 0— 1 1

1提取对应点集对由立体图像对恢复出的 3 D局部模型通常和一帧图像 (图从 3局部模型所对应的图像中提取出点集对。考虑到在拟合 D

刻相机坐标系的转换关系；其二，由相邻局部模型之间的重叠像对中的左图像或右图像 )相对应，以采用图像匹配的技术可