面向水下三維重建的光視覺(jué)特征提取與匹配方法研究.pdf

1、海洋中蘊(yùn)含著豐富的生物資源、礦物資源、石油資源等，逐漸成為人類第二大戰(zhàn)略性開(kāi)發(fā)空間，而機(jī)器視覺(jué)以其精度高，包含信息更加豐富等優(yōu)點(diǎn)在海洋資源探測(cè)工作中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。然而，由于水下環(huán)境的不明確性和復(fù)雜性，機(jī)器視覺(jué)在水下的應(yīng)用受到了一定的限制，比如水下拍攝的圖像對(duì)比度低，并且受噪聲影響嚴(yán)重，圖像質(zhì)量大幅度下降，以上存在的問(wèn)題使得對(duì)圖像的后期處理工作變得困難。本文以雙目立體視覺(jué)技術(shù)為研究對(duì)象，針對(duì)水下成像問(wèn)題，在對(duì)多種圖像處理方法的研究

2、基礎(chǔ)上，提出用于解決水下圖像成像問(wèn)題的預(yù)處理方法，對(duì)圖像紋理特征進(jìn)行深入理解后，對(duì)水下圖像提取紋理特征，用于局部立體匹配方法研究中，將基于多特征融合的局部立體匹配方法應(yīng)用到水下。本文的主要工作如下：
　　（1）本文首先對(duì)雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行研究，闡述了攝像機(jī)的成像模型，雙目立體視覺(jué)的基本原理以及攝像機(jī)的標(biāo)定理論，最后對(duì)立體匹配的原理和分類進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
　?。?）由于水對(duì)光存在吸收作用和散射作用，并且水中存在大量的懸浮粒子

3、和微生物等，以上因素的存在使得光在水下的傳播距離變短，并且使水下得到的圖像對(duì)比度明顯下降，受噪聲影響較嚴(yán)重。本文在對(duì)多種圖像預(yù)處理方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究之后，提出使用引導(dǎo)濾波方法和對(duì)比度受限自適應(yīng)直方圖均衡化（CLAHE）方法相結(jié)合的圖像增強(qiáng)方法來(lái)對(duì)水下圖像進(jìn)行處理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該方法能夠有效改善水下圖像的質(zhì)量。
　?。?）對(duì)圖像紋理特征描述方法進(jìn)行研究，使用灰度共生矩陣和分形模型兩種描述方式對(duì)水下圖像進(jìn)行紋理特征提取，使用灰度共生

4、矩陣在0°、45°、90°、135°四個(gè)方向分別提取角二階矩、相關(guān)性、對(duì)比度、熵四個(gè)參數(shù)，然后分別求取均值和方差，并與圖像分形維數(shù)組合成特征向量，最后使用遺傳算法，對(duì)求得的特征向量進(jìn)行優(yōu)化，從而降低特征向量的冗余度。
　?。?）研究局部立體匹配算法，提出一種基于多特征融合的局部立體匹配方法。首先在匹配代價(jià)計(jì)算階段，分別基于圖像顏色特征、圖像梯度特征和圖像紋理特征計(jì)算匹配代價(jià)，然后將計(jì)算得到的三種匹配代價(jià)進(jìn)行加權(quán)融合得到新的匹配代價(jià)