本书系统地介绍了双目立体视觉理论，结合视觉注意机制与机器学习，拓展了双目立体视觉理论在智能视觉领域中的应用前景。基于图像目标识别的关键技术，即图像预处理、图像分割和特征提取等技术，本书提出面向移动机器人目标跟踪的视觉注意模型、面向仿人眼颈机器人目标跟踪的视觉注意模型、机器人平台、空间非合作目标的位姿测量、基于双目视觉的种植牙辅助引导系统和双目视觉机械臂物流分拣系统等。
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前言
第1章 机器视觉技术综述 1
1.1 图像识别技术 1
1.2 视觉注意机制 5
1.2.1 视觉认知理论 5
1.2.2 尺度空间理论 10
1.3 机器视觉技术的发展趋势 11
第2章 双目视觉的成像理论与标定 14
2.1 摄像机的成像模型 14
2.1.1 摄像机成像的线性模型 15
2.1.2 不同坐标系下的坐标换算公式 19
2.1.3 摄像机成像的畸变模型 22
2.2 摄像机的标定 24
2.2.1 基于棋盘格的摄像机标定 24
2.2.2 单目摄像机内参数标定 28
2.2.3 双目摄像机标定实验 32
第3章 目标图像的处理及特征点提取算法 36
3.1 目标图像的预处理 36
3.1.1 颜色空间选取 37
3.1.2 掩膜 41
3.1.3 图像二值化 41
3.1.4 形态学变换 44
3.2 目标图像边缘检测算法 46
3.2.1 Roberts算子 47
3.2.2 Sobel算子 48
3.2.3 Prewitt算子 50
3.2.4 Canny算子 50
3.2.5 Laplace算子 52
3.3 目标图像滤波算法 54
3.3.1 高斯平滑滤波 55
3.3.2 中值滤波 56
3.3.3 区域生长滤波 57
3.4 目标边界提取算法 59
3.4.1 霍夫变换 59
3.4.2 最小二乘法 61
3.5 特征点的提取算法 67
3.5.1 直线交点提取 67
3.5.2 SIFT特征提取算法 67
3.5.3 Harris特征提取算法 68
3.5.4 SURF提取算法 70
第4章 特征点的匹配与三维位姿解算 71
4.1 目标工件特征点匹配 71
4.1.1 匹配的约束准则 71
4.1.2 匹配的方法分类 73
4.2 目标工件三维位姿解算 76
4.2.1 平行光轴双目视觉原理 76
4.2.2 非平行光轴双目视觉原理 77
第5章 面向移动机器人目标跟踪的视觉注意模型与应用 82
5.1 视觉注意模型的总体结构 82
5.2 数据驱动的目标显著性区域检测 84
5.2.1 尺度空间的选择 86
5.2.2 基于 Mean-Shift的图像平滑 88
5.2.3 地面显著性区域的融合 92
5.2.4 获取目标显著性区域 95
5.3 任务驱动的目标特征提取与匹配 97
5.3.1 目标的特征提取 97
5.3.2 目标的特征匹配 100
5.4 移动机器人目标定位算法的实现 101
5.4.1 摄像机标定实验 101
5.4.2 目标定位结果 104
5.5 基于视觉注意模型的移动机器人目标跟踪实验 106
5.5.1 运动模型的建立 106
5.5.2 实验流程及结果 108
第6章 面向仿人眼颈机器人目标跟踪的视觉注意模型与应用 112
6.1 视觉注意模型的总体结构 112
6.2 目标特征数据库的建立 114
6.3 基于加权特征图融合方法获得显著性区域 115
6.3.1 图像各通道特征图的建立 115
6.3.2 图像各通道特征图的融合 117
6.3.3 目标选择的竞争机制 120
6.4 基于 SIFT算法的显著性区域特征匹配 121
6.4.1 检测尺度空间极值点 122
6.4.2 精确定位极值点 124
6.4.3 分配关键点方向 125
6.4.4 生成特征点描述子 126
6.5 视觉注意模型的实验结果及比较 127
6.6 仿人眼颈机器人目标定位算法的实现 129
6.6.1 仿人颈部的定位算法 130
6.6.2 仿人眼部的定位算法 132
6.6.3 定位算法的实现 133
6.7 基于视觉注意模型的仿人眼颈机器人目标跟踪实验 134
第7章 机器人平台的设计与实现 137
7.1 移动机器人平台的设计与实现 137
7.1.1 移动机器人机械系统设计 138
7.1.2 移动机器人上位机控制系统设计 143
7.1.3 移动机器人下位机控制系统设计 148
7.2 仿人眼颈机器人平台的设计与实现 154
7.2.1 仿人眼颈机器人机械系统设计 155
7.2.2 仿人眼颈机器人上位机控制系统设计 156
7.2.3 仿人眼颈机器人下位机控制系统设计 158
第8章 基于双目正交迭代的空间非合作目标位姿测量技术研究 161
8.1 基于双目正交迭代的空间非合作目标位姿测量技术 162
8.1.1 基于点特征正交迭代的目标位姿测量及分析 163
8.1.2 双目正交迭代融合算法 165
8.1.3 基于双目点特征正交迭代融合算法实验统计数据分析 168
8.2 基于直线特征正交迭代的位姿测量及分析 171
8.2.1 直线特征正交迭代位姿解算 172
8.2.2 直线特征正交迭代实验数据分析 176
8.2.3 地面实验验证 178
第9章 基于双目视觉的种植牙辅助引导系统 183
9.1 种植牙辅助引导系统总体方案设计 184
9.1.1 种植牙辅助引导系统硬件组成 184
9.1.2 种植牙辅助引导系统测量原理 189
9.1.3 种植牙辅助引导系统总体测量流程 190
9.2 牙科手机的图像处理 192
9.3 牙科手机的特征点提取 193
9.4 牙科手机特征点的三维位姿解算 194
第10章 双目视觉机械臂物流分拣系统 197
10.1 目标图像的处理 198
10.2 机械臂的坐标系转换 200
10.3 物流分拣系统设计 201
10.3.1 硬件系统设计 203
10.3.2 软件系统设计 206
10.4 物流分拣实验 208
参考文献 213
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