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研究生: 謝宜昇
Hsieh, I-Sheng
論文名稱: 歪斜光線追蹤的照相機校正方法及其在移動物偵測上的應用
A New Camera Calibration Method Based on Skew Ray Tracing And Its Application on Motion Detection
指導教授: 林昌進
Lin, Psang-Dain
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 115
中文關鍵詞: 照相機校正移動物偵測歪斜光線追蹤
外文關鍵詞: Motion Detection, Camera Calibration, Skew Ray Tracing
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  •   本文使用逆向歪斜光線追蹤方法,建立新的相機校正方法,藉由相機取得影像而求得待測物位置,以歪斜光線追蹤對相機做參數校正,以提高相機系統之性能,進而應用在移動物的偵測技術上。

      相機之參數校正為移動物偵測中一重要環節,參數校正是否準確對相機系統的性能甚大。目前現有之相機參數校正方法甚多,但所有方法都是以針孔模型為基礎而發展,但針孔成像模型只是一種以透視投影法的近似方法,並不符合幾何光學Snell定理,因此使用現有參數校正方法是不可能使相機系統的性能更臻完美。本文中使用了歪斜光線追蹤的方法,藉由真正的幾何尺寸來建立起物體與像之間幾何關係,進而校正照相機的5個內部參數、4個外部參數及 個元件位置參數,得到影像平面與物點世界座標系之間正確的幾何關係,使歪斜光線追蹤結果更準確,也可消除像差在移動物偵物的影響,以提高移動物偵物之精確度。

     This paper presents a new camera calibration method by using skew ray tracing. Instead of pinhole model, the parameters of this system are calibrated by using skew ray tracing method based on Snell’s law, and it can apply on motion detection.

     Camera calibration is a crucial problem for motion detection. However, all existing methods of camera calibration are developed based on pinhole model, an approximation algorithm against to Snell’s law. Thus, it is impossible to obtain an accurate method of camera calibration by using a mathematical pinhole model. Using full modeling of lens geometry, the proposed method establishes the geometric relationship between images and objects via Snell's Law. This paper models the geometric relationship between 2-D images and 3-D world by using skew ray tracing theory to calibrate five intrinsic parameters, five extrinsic parameters and pose parameters of elements. This method can avoid the influence of the aberration by getting the virtual image in object side. It can minimum the noise and increase the recognition of detection system.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VIII 圖目錄 IX 符號說明 XIII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 針孔照相機原理 3 1.3.1 透視投影法 (Perspective projection) 4 1.3.2 仿射投影法 (Affine projection) 6 1.3.3 有鏡片的照相機 7 1.4 透視投影法的參數 8 1.4.1 內部參數 8 1.4.2 外部參數 10 1.4.3 影像平面座標與世界座標之關聯 11 1.5 本文架構 12 第二章 基本原理 17 2.1 齊次座標轉換 17 2.2 以歪斜光線追蹤為基礎的影像公式 19 2.3 表面邊界座標的位置矩陣 24 2.4 參數的靈敏度分析 29 2.4.1 內部參數之靈敏度分析 29 2.4.2 外部參數之靈敏度分析 30 2.4.3 透鏡組位置參數的靈敏度分析 31 2.5 相機校正 35 第三章 相機鏡頭設計 47 3.1 鏡片選擇 47 3.1.1 鏡片材質 47 3.1.2 鏡片形狀 48 3.2 鏡頭的設計 51 3.2.1 焦距與光圈 51 3.2.2 像差 52 3.2.3 相機尺寸 53 3.2.4 CCD晶片 55 3.3 光線追蹤模擬 56 第四章 相機參數校正 66 4.1相機參數校正 66 4.1.1 針孔模型之相機校正 66 4.1.2 歪斜光線追蹤模型之相機校正 67 4.1.3 最小平方法 68 4.2實驗設備與校正實驗 70 4.2.1 實驗量測設備 70 4.2.2 相機校正實驗 71 4.3校正參數計算 73 4.3.1 數據模擬 73 4.3.2 參數計算 74 第五章 移動物偵測實驗 89 5.1 移動目標的偵測 89 5.1.1 光流量之量測 89 5.1.2 固定式照相機 90 5.1.3 轉動式照相機之背景轉換 90 5.1.4 轉動式照相機之背景補償 91 5.1.5 時間差的消除 92 5.2 相機固定的移動物偵測 93 5.2.1 白色背景的移動物偵測 93 5.2.2 真實背景的移動物偵測 94 5.2.3 白色背景與真實背景之比較 94 5.3動態相機的移動物偵測 94 5.3.1 動態相機與靜態相機之比較 95 5.3.2 動態相機影像之裁減 95 5.3.3 動態相機裁剪影像之歪斜光線追蹤 95 第六章 結論與展望 110 6.1 實驗結論 110 6.2 未來展望 111 參考文獻 112 自述 115

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    下載圖示 校內:2006-06-30公開
    校外:2006-06-30公開
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