浙江大学硕士学位论文基于立体视觉的脚型测量系统中的关键技术研究姓名：黄炎申请学位级别：硕士专业：计算机应用指导教师：潘云鹤;耿卫东20060201浙江人学中请坝十学位论文摘要应用立体视觉原理进行测量与模型重建，一直是计算机视觉领域的一个研究热点。本文着重研究了立体视觉测量中不可回避的相机标定，定标点特征点提取、图像匹配、重建和空间三角化等问题。针对视觉测量技术中交织着的精度、速度、价格这几个矛盾，我们找到了一个合适的平衡点，并提出了一系列有效的改进方案使之满足制鞋行业对脚型建模的要求。实验室实验和实际工业产品共同证明了本文所述思路足高效而令人满意的。本文在第1 节中介绍了这一研究的项目背景和技术背景，讨论了各种测量技术的利弊，并明确定义了研究的目标。第2 节综述性地介绍了相关的一些商业产品，比较了他们的优缺点。第3 节对本研究所涉及的关键理论和技术进行了一个综述性的介绍。这些背景知识包括摄像机标定，边缘检测与处理、图像匹配、基于立体视觉的三维重建和空问散乱点三角化。第4 节概述了系统的整体思路和技术路线。第5 节至第6 节分布阐述了立体视觉测量方案的2 个关键问题一一特征点匹配和散乱点三角化，有针对性地给出了该项目特别的问题定义与解决思路。第7 节着重讨论系统的软件实现过程中的几个关键问题，如界面设计，软件总体构架等。第8 节依实验的具体步骤为序，展示了本系统的一些运行实例。同时对重点实验结果进行了必要的分析、比较研究。第9 节浅谈了该研究仍存在的问题和可能改进之处，是为讨沦于展望。第1 0 节是详细的参考文献列表。关键字：脚型测量，快速建模，立体视觉，匹配，三角化浙江大学中请坝十学位论文A B S T R A C TA p p l y i n gp r i n c i p l e sa n dr e l a t e dt e c h n i q u e so fs t e r e ov i s i o nt o3 Dm e a s u r i n ga n dm o d e l i n gh a sb e e na l le v e r l a s t i n gr e s e a r c ht o p i ci nt h ef i e l do fc o m p u t e rv i s i o n I nt h i sp a p e r , w ef o c u so u rr e s e a r c he m p h a s i so ns e v e r a lu n a v o i d a b l ei s s u e so f s t e r e o v i s i o nb a s e dm e a s u r i n g s u c ha sc a m e r ac a l i b r a t i o n ，c a l i b r a t i o np o i n t s f e a t u r ep o i n t se x t r a c t i o n ，i m a g em a t c h i n g ，r e c o n s t r u c t i o na n d3 Dt r i a n g u l a t i o nR e g a r d i n gt h ec o n t r a d i c t i o ni nv i s i o n b a s e dm e a s u r i n g ，r e s u l t e df r o mt h es y s t e m so v e r a l lp r e c i s i o n ，s p e e da n dc o s t ，w ef i n dad e s i r a b l eb a l a n c ep o i n t ，t o w a r dw h i c has e r i e so fi m p r o v e m e n t sa r ei m p l e m e n t e di no r d e rt os a t i s 母t h ef o o tm o d e l i n gr e q u i r e m e n t sf o rc u s t o m i z e ds h o e 。m a n u f a c t u r i n g O u rs o l u t i o nw a sp r o v e dt ob ee f f e c t i v eb yp l e n t yo fl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t s ，a sw e l la si n d u s t r i a lp r o d u c t sI ns e c t i o n1 ，w eg i v ea ni n t r o d u c t i o na b o u tt h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h ep r o j e c ta n dr e l a t e dt e c h n o l o g i e sT h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fv a r i o u sm e a s u r i n gm e t h o d sa r eb r i e f l yd i s c u s s e dM e a n w h i l e ，t h es p e c i f i cg o a lo f t h er e s e a r c hi sa l s oc l e a r l yd e f i n e di ns e c t i o n1 ，S e c t i o ng i v e sa no v e r v i e wa b o u ts e v e r a lt y p i c a lr e l a t e dc o m m e r c i a ls y s t e m s ，o u to fw h i c hc o m p a r i s o n sa r ep r o v i d e d ，a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sd i s c u s s e dS e c t i o n3d e a l sw i t hag r o u po fr e l e v a n tk e yp r i n c i p l e sa n dt e c h n i q u e sw h i c hi n c l u d ec a m e r ac a l i b r a t i o n ，e d g ed e t e c t o r , i m a g em a t c h i n g ，s t e r e o v i s i o nb a s e d3 Dr e c o n s t r u c t i o na n du n o r g a n i z e d3 Dp o i n t st r i a n g u l a t i o n S e c t i o n4d e s c r i b e sas y s t e mo v e r v i e wo fo u ra p p r o a c h ，w h i l et h ed e t a i l so ft w ok e yi s s u e s ，p r i m a r i l yf e a t u r ep o i n t sm a t c h i n ga n d3 Dt r i a n g u l a t i o n ，a r ee x p l a i n e ds t e pb ys t e pf r o ms e c t i o n5t os e c t i o n6 I ne a c hs e c t i o n ，c l e a rs u b p r o b l e md e f i n i t i o n sa l o n gw i t ht h er e s p e c t i v es o l u t i o n sa r ep r o v i d e d ，S e c t i o n7i sd e d i c a t e dt os e v e r a lc r i t i c a li s s u e si nt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n tT y p i c a li s s u e sa r eh u m a nm a c h i n ei n t e r f a c ed e s i g n ，o v e r a l ls o f t w a r ea r c h i t e c t u r e a n dk e yd a t as t r u c t u r e sS e c t i o n8d e m o n s t r a t e st h ee x e c u t a b l ei n s t a n c e si nn o r m a le x p e r i m e n t a lo r d e r B e s i d e s ，d e t a i l e da n a l y s i sa n dd i s c u s s i o na b o u tt h er e s u l t sa r ea l s op r o v i d e dS e c t i o n9c o n t a i n saf e wc o m m e n t sa n dp o s s i b l ei m p r o v e m e n t sf o rt h er e s e a r c hw o r kA n dy o uc a nf i n daf u l ll i s to f r e f e r e n c e si ns e c t i o n1 0 K e y w o r d ：f o o tm e a s u r i n g ，r a p i dm o d e l i n g ，s t e r e ov i s i o n ，m a t c h i n g ，t r i a n g u l a t i o n3浙江人学申请顶士学位论文1 研究背景1 1 应用背景近年来，许多工业生产线系统正在由大规模批量型生产向用户定制的、个性化、小规模型生产转变。而快速设计生产技术对个性化生产系统不可或缺。在一个典型的面向客户定制要求的生产系统中，客户在线地提供所需产品的详细数据，随后下订单。几天后客户定购的产品就能按照客户的个性要求被生产出来，邮寄到客户手中。我们将这种思想应用到我们的制鞋工业。要制作出为每一位顾客量身定制的个性化皮鞋，快速为顾客设计、生产出个性化的鞋楦是关键。每个人的脚型、尺寸以及个人偏好的款式大相径庭，因而面向客户的鞋业生产系统应用将展现出巨大的生命力。仔细考察鞋业市场发展潮流，我们可以推测，随着技术的不断进步和生产成本的降低，个性化定制的制鞋产业将得到迅猛发展。今后，个性化定制的鞋业生产很可能走向普通大众。我们可以想象那时一个典型的皮鞋交易场景应该是这样的：顾客进入某品牌的皮鞋专卖店，花上几分钟时间扫描出自己的脚型数据、选定自己喜爱的款式。这些数据被封装、记录下来，通过某种快捷的方式( 例如因特网) 送往生产厂家。在制作车间里，一个合适的标准鞋楦模型被工人从数据库中查找出来，经过修改、调整以适合顾客的脚型特征。根据调整后的鞋楦模型加工出鞋楦，进而制作出鞋子立即寄往顾客。个性化定制的制鞋系统的优势在于顾客在满足合脚、舒适要求的同时还可以选择自己喜欢的皮鞋样式。从制造商的角度来看，个性化定制的制鞋系统不仅意味着更小的库存，而且扫描获得的顾客脚型数掘和相关信息也可以保存下来备用。比方说，如果数据库中的顾客数