Luận văn:Nghiên cứu các kỹ thuật Camera Calibration và ứng dụng xác định khoảng cách giữa các đối tượng trong không gian 3D
lượt xem 41
download
Để có thể lựa chọn được loại phù hợp với nhu cầu của gia đình, văn phòng công ty đến một hệ thống camera quan sát cho công xưởng, xí nghiệp rộng lớn, người sử dụng đều cần phải có những hiểu biết cần thiết các thông số kỹ thuật của . Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại trong nhà hoặc ngoài trời như: ,,
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu các kỹ thuật Camera Calibration và ứng dụng xác định khoảng cách giữa các đối tượng trong không gian 3D
- 1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG --- --- NGUY N TH TH M NGHIÊN C U CÁC K THU T CAMERA CALIBRATION VÀ NG D NG XÁC Đ NH KHO NG CÁCH GI A CÁC Đ I TƯ NG TRONG KHÔNG GIAN 3D Chuyên ngành: Khoa h c máy tính Mã s : 60.48.01 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - Năm 2012
- 2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Huỳnh H u Hưng Ph n bi n 1: PGS. TSKH. Tr n Qu c Chi n Ph n bi n 2: TS. Nguy n M u Hân Lu n văn s ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m lu n văn t t nghi p th c sĩ ngành Khoa h c máy tính h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 15 tháng 12 năm 2012. Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng. - Trung tâm H c li u, Đ i h c Bách Khoa, Đ i h c Đà N ng.
- 3 M Đ U 1. Tính c p thi t c a ñ tài Các h th ng s d ng camera v i m c ñích giám sát, nh n d ng, an ninh, ñi u khi n... ngày càng ph bi n và ñư c s d ng r ng rãi. V n ñ xác ñ nh ñúng kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D góp ph n tăng tính chính xác trong vi c phát hi n, ñi u khi n các hành vi c a các h th ng ñó. Tuy nhiên, m t s phương pháp tính kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D các h th ng camera b c l m t s h n ch nh t ñ nh. Do ñó, gi i pháp ñ t ra là: l a ch n k thu t phù h p ñ tính chính xác kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D. Hi n nay, có nhi u k thu t ñư c áp d ng ñ xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D, m i k thu t có nh ng th m nh và h n ch riêng. Hi u ch nh camera (camera calibration) là m t k thu t ñang ñư c tri n khai s d ng trong các h th ng l n b i nhi u tính năng ưu vi t giúp ñ y nhanh t c ñ và hi u qu c a vi c xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D. Đó là lý do mà tôi ch n nghiên c u và th c hi n ñ tài “Nghiên c u các k thu t camera calibration và ng d ng xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D” dư i s hư ng d n c a TS. Huỳnh H u Hưng.
- 4 2. M c tiêu nghiên c u Đ tài nghiên c u các thu t toán phát hi n ñ i tư ng, các k thu t hi u ch nh camera t ñó tính kho ng cách gi a các ñ i tư ng chuy n ñ ng t d li u video, làm cơ s ñ xây d ng chương trình h tr v i các ch c năng sau: - Phát hi n ñ i tư ng ñang chuy n ñ ng. - Tính kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D. Bên c nh ñó ñ tài cung c p m t cái nhìn toàn di n hơn v vai trò và kh năng ng d ng c a công ngh x lý nh vào trong th c t c a ñ i s ng xã h i. 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u Đ i tư ng nghiên c u Trong lu n văn này, d li u ñư c x lý là các ño n video ñư c quay t m t camera tĩnh ghi l i v i chu n AVI (Audio Video Interleave). Ph m vi nghiên c u Nghiên c u thu t toán phát hi n ñ i tư ng chuy n ñ ng, các k thu t hi u ch nh camera và ng d ng xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D. 4. Phương pháp nghiên c u Phương pháp nghiên c u lý thuy t - Tìm hi u cách l p trình v i thư vi n OpenCV. - Tìm hi u phương pháp phát hi n ñ i tư ng d a trên màu s c.
- 5 - Tìm hi u phương pháp l c nhi u. - Tìm hi u k thu t hi u ch nh camera và ng d ng ñ xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng chuy n ñ ng trong không gian 3D. Phương pháp nghiên c u th c nghi m - Ti n hành phân tích và cài ñ t: thu t toán phát hi n ñ i tư ng chuy n ñ ng d a trên màu s c, k thu t hi u ch nh camera, t ñó xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng chuy n ñ ng. - Đánh giá k t qu ñ t ñư c. 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n Ý nghĩa khoa h c - K t qu nghiên c u có th làm tài li u tham kh o cho vi c tìm hi u thu t toán phát hi n ñ i tư ng d a trên màu s c, ng d ng k thu t hi u ch nh camera ñ xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D. - ng d ng thành công công ngh x lý nh vào th c t . - T o ti n ñ cho nh ng nghiên c u ti p theo trong tương lai. Ý nghĩa th c ti n - Giao thông v n t i: D a vào d li u camera thu ñư c ñ xác ñ nh l i vi ph m kho ng cách t i thi u cho phép gi a các ñ i tư ng tham gia giao thông, ñ c bi t là trong các h th ng ñư ng h m.
- 6 - Y t : S d ng h th ng camera ñ giám sát ho t ñ ng u ng thu c, giám sát hành vi ăn t i c a ngư i cao tu i, t ñó có thông báo k p th i cho nhân viên y t . - Công nghi p s n xu t t ñ ng: ng d ng ñi u khi n robot d a trên công ngh x lý nh, nh n bi t yêu c u c a ngư i ñi u khi n thông qua màu s c. 6. B c c lu n văn N i dung c a lu n văn ñư c chia thành các ph n như sau: - M ñ u - Chương 1: Nghiên c u t ng quan - Chương 2: Các k thu t hi u ch nh camera trong th giác máy tính - Chương 3: ng d ng k thu t camera calibration xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D - K t lu n và hư ng phát tri n CHƯƠNG 1. NGHIÊN C U T NG QUAN 1.1. T NG QUAN V CAMERA S 1.1.1. Khái ni m v camera s Camera là m t thi t b ghi hình có th ghi l i nh ng hình nh trong m t kho ng th i gian nào ñó và lưu tr các d li u hình nh này.
- 7 1.1.2. Phân lo i camera Có 3 cách phân lo i camera: k thu t hình nh, ñư ng truy n, tính năng s d ng. a. Phân lo i theo k thu t hình nh b. Phân lo i theo k thu t ñư ng truy n c. Phân lo i theo tính năng s d ng 1.1.3. H th ng camera quan sát 1.2. T NG QUAN V VIDEO 1.2.1. Khái ni m v video 1.2.2. Video s (digital video) a. Tín hi u video s b. Ưu và như c ñi m c a video s c. Chu n video s AVI 1.3. PHƯƠNG PHÁP PHÁT HI N Đ I TƯ NG 1.3.1. T ng quan v phát hi n ñ i tư ng Phát hi n ñ i tư ng chuy n ñ ng trong video là m t trong các bài toán ñư c nghiên c u r ng rãi và có nhi u ng d ng trong cu c s ng hi n nay. Đó là xácminh s hi n di n c a ñ i tư ng trong chu i nh và cũng có th ñ nh v chính xác. Các h th ng theo v t ñ i tư ng thư ng b t ñ u b ng quá trình phát hi n ñ i tư ng.
- 8 1.3.2. Gi i thi u các mô hình màu Có nhi u mô hình màu khác nhau dùng ñ bi u di n màu s c trong máy tính như: RGB, HSV, HSL, HIS. Trong ñó, RGB và HSV là hai mô hình màu thông d ng. 1.3.3. Mô hình màu RGB Mô hình màu RGB (red, green, blue) g m màu ñ , màu xanh lá cây, màu xanh bi n, ánh sáng ñư c t h p theo nhi u phương th c khác nhau ñ t o ra hàng lo t màu. Hình 1.1. Mô hình màu RGB. 1.3.4. Mô hình màu HSV Hình 1.2. Không gian màu HSV.
- 9 HSV (hue, saturation, value) vi t t t c a hue (màu s c), saturation (ñ bão hòa), value (giá tr ). Hình 1.3. Hình nón ngư c bi u di n mô hình màu HSV. Th c ch t c a không gian HSV là s bi n ñ i c a không gian RGB. Không gian HSV ñư c mô t b ng l nh l p phương RGB quay trên ñ nh Black. H (Hue) là góc quay tr c V (value) qua hai ñ nh Black và White . 1.3.5. Chuy n t màu RGB sang HSV 1.3.6. Mômen nh (image moment) 1.3.7. Thu t toán phát hi n ñ i tư ng d a vào màu s c
- 10 1.3.8. Cài ñ t thu t toán phát hi n ñ i tư ng d a vào màu s c Hình 1.4. Qu bóng màu xanh và k t qu phát hi n nó. 1.4. PHƯƠNG PHÁP L C NHI U 1.4.1. T ng quan v phương pháp l c nhi u 1.4.2. C i thi n nh (L c không gian) a. Các thao tác lân c n b. Quá trình l c không gian c. L c không gian làm m n (Smoothing spatial filters) 1.4.3. L c trung v (Median filter) a. Gi i thi u b. Đ nh nghĩa c. Cách dùng
- 11 Hình 1.5. Nhi u và l c nhi u. CHƯƠNG 2. CÁC K THU T HI U CH NH CAMERA TRONG TH GIÁC MÁY TÍNH 2.1. GI I THI U K THU T CAMERA CALIBRATION Camera calibration là phương pháp tính toán và th c nghi m nh m tìm ra các tham s c a camera ñ tái t o không gian 3D c a m t c nh, m t v t th nào ñó trong th c t b ng nh ng nh mà camera ñó ghi l i ñư c. Đ có ñư c nh ng tham s ñó, các tính toán ch y u d a vào mô hình camera thông d ng nh t hi n nay: mô hình Pinhole camera. 2.2. PINHOLE CAMERA 2.2.1. T ng quan 2.2.2. Mô hình hình h c c a Pinhole camera a. Tham s bên ngoài
- 12 b. Tham s bên trong Hình 2.1. Mô hình camera Pinhole thông qua hai h t a ñ . 2.2.3. Phép chi u chuy n ñ i c a camera Pinhole 2.3. CÁC H TH NG THU NH N TRONG KHÔNG GIAN BA CHI U 2.3.1. Hình h c epipolar 2.3.2. H th ng thu nh n ba chi u kinh ñi n (Canonical Stereoscopic System)
- 13 Hình 2.2. H th ng 2 camera kinh ñi n. H th ng 2 camera kinh ñi n v i ñ dài tiêu c f, kho ng cách cơ s b. S khác bi t gi a t a ñ xl và xr ñư c g i là ñ l ch ngang gi a các ñi m pl và pr. Hình 2.3. Camera stereo kinh ñi n. 2.3.3. Đ l ch trong trư ng h p chung 2.4. T ng quan v Stereo Vision 2.4.1. T ng quan Stereo vision là k thu t s d ng hai camera ñ ño kho ng cách gi a các ñ i tư ng. C u hình ñơn gi n nh t (c u hình stereo
- 14 chu n) s d ng hai camera th ng hàng và cách nhau theo phương ngang (Hình 2.7). Hình 2. 4. C u hình chu n c a h th ng hai camera. S d ng camera stereo này, chúng ta có th thu ñư c hình nh c a ñ i tư ng t i hai v trí khác nhau: nh bên trái và nh bên ph i c a ñ i tư ng (s chênh l ch). Các nh c a các camera ñư c phân tích ñ tìm các ñi m chung. S d ng quy t c tam giác ñ ng d ng và ñ l ch c a các ñi m chung ñ xác ñ nh kho ng cách (ñ sâu) so v i camera. 2.4.2. Kho ng cách trên tr c Y 2.5. PHƯƠNG PHÁP CALIBRATION CHU N Camera calibration (hi u ch nh camera) là quá trình tìm ki m các tham s bên trong và tham s bên ngoài c a camera. Các phương pháp calibration kinh ñi n d a trên mô hình calibration ñ c bi t, t c là ta bi t ñư c kích thư c và v trí ñ i tư ng trong m t h t a ñ nh t ñ nh. Các ñ c trưng khác (ch ng h n như góc, ñư ng...) ñư c tách t nh c a mô hình hi u ch nh camera.
- 15 Thông thư ng, các ñ i tư ng ñư c l a ch n ñ hi u ch nh camera ph i có các tính năng n i b t ñ d ño v trí. Ch ng h n, m t bàn c ñơn gi n như hình sau: Hình 2.5. Bàn c làm mô hình camera calibration. Hình 2.6. H t a ñ c a mô hình camera calibration. 2.6. T HI U CH NH (SELF- CALIBRATION) 2.7. HI U CH NH STEREO
- 16 CHƯƠNG 3. NG D NG K THU T CAMERA CALIBRATION XÁC Đ NH KHO NG CÁCH GI A CÁC Đ I TƯ NG TRONG KHÔNG GIAN 3D 3.1. T NG QUAN V BÀI TOÁN XÁC Đ NH KHO NG CÁCH GI A CÁC Đ I TƯ NG 3D CHUY N Đ NG QUA CAMERA Xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng chuy n ñ ng qua camera là bư c quan tr ng trong phát tri n các ng d ng th giác máy tính. Nó có nhi u ng d ng trong các lĩnh v c như: Giao thông v n t i, y t , công nghi p s n xu t t ñ ng. 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC Đ NH KHO NG CÁCH GI A CÁC Đ I TƯ NG TRONG KHÔNG GIAN 3D Hi n nay có nhi u phương pháp xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng trong không gian 3D. 3.2.1. Kho ng cách Euclid 3.2.2. Kho ng cách t m t ñi m ñ n m t m t ph ng 3.3. NG D NG K THU TCAMERA CALIBRATION 3.3.1. Các ng d ng cơ b n c a camera calibration T vi c tính toán ñư c các ñ c ñi m c a v t qua nh, ta có th tái t o l i c nh 3D c a v t, nh n d ng v t. Chúng ta ng d ng k thu t camera calibration ñ cài ñ t các chương trình t ñ ng x lý các công vi c yêu c u ph i thông qua hình nh.
- 17 a. T ñ ng nh n d ng bi n s xe (Automatic license plate recognition) Hình 3.1. Nh n d ng bi n s xe. b. Phát hi n m t ngư i d a trên các ñ c trưng Haar-Like Hình 3.2. Phát hi n m t ngư i d a vào ñ c trưng Haar-Like.
- 18 c. Xác ñ nh t a ñ tĩnh. Hình 3.3. Xác ñ nh t a ñ tĩnh c u Wanan (Busan, Hàn Qu c). d. Đo giao ñ ng th c Hình 3.4. Thi t b ño dao ñ ng c u. 3.3.2. ng d ng k thu t camera calibration tính kho ng cách Chương trình xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng chuy n ñ ng l y d li u t ño n video quay l i t m t camera tĩnh, ghi l i
- 19 v i chu n AVI. Đi u ki n ánh sáng bình thư ng, không quá t i ho c quá sáng, n n không thay ñ i. Sau khi có d li u ñ u vào chương trình s x lý ño n video ñ l y t t c khung hình (frame). Ti p ñó, t m i khung hình có ñư c, ta ti n hành phát hi n ñ i tư ng, tìm t a ñ tr ng tâm c a ñ i tư ng và quy ñ i nó ra t a ñ th c d a vào k thu t hi u ch nh camera (camera calibration). Cu i cùng, chúng ta tính kho ng cách gi a các ñ i tư ng 3D. Video ñ u vào X lý ño n video ñ l y t t c các khung nh (Frame) Phát hi n ñ i tư ng Xác ñ nh khung bao và t a ñ tâm ñ i tư ng Xác ñ nh kho ng cách gi a các ñ i tư ng Hình 3.5.Bi u ñ x lý bài toán xác ñ nh kho ng cách. 3.3.3. M t s ch c năng chính Phát hi n ñ i tư ng theo màu s c, v hình ch nh t bao ñ i tư ng. Tâm ñ i tư ng là tâm hình ch nh t bao ñ i tư ng.
- 20 Load Image Dùng inRange() xác ñ nh khu v c ch a ñ i tư ng theo ngư ng màu Chuy n nh thu ñư c sang nh phân Kh nhi u b ng l c trung v Dùng cvFindContour() xác ñ nh các vùng liên thông Dùng cvBoundingRect() v hình ch nh t bao các contour Khu v c có hình bao l n nh t chính là ñ i tư ng Hình 3.6. Phát hi n ñ i tư ng theo màu s c.
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
LUẬN VĂN: NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT PHÂN CỤM DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG
101 p | 646 | 182
-
Luận văn: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOSITE TRÊN NỀN NHỰA POLYETHYLENE VÀ MÙN CƯA
26 p | 311 | 75
-
Luận văn: Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong văn bản
42 p | 275 | 71
-
Luận văn: Nghiên cứu các thông số mạng cảm biến không dây và sử dụng phần mềm mô phỏng để đánh giá chất lượng dịch vụ
26 p | 191 | 60
-
Luận văn:Nghiên cứu các giải pháp ước lượng độ lệch tần số sóng mang & đáp ứng kênh truyền Mimo-Ofdm trong hệ thống thông tin di động 4G
12 p | 138 | 36
-
LUẬN VĂN:NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT DÒ BIÊN ÁP DỤNG TRONG TRÍCH CHỌN CÁC BỘ PHẬN KHUÔN MẶT
39 p | 145 | 34
-
Luận văn:NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) TRONG MẠNG MAN-E
26 p | 196 | 33
-
Luận văn:Nghiên cứu các kỹ thuật phân tập để nâng cao chất lượng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G/LTE)
13 p | 110 | 29
-
Luận văn:NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TOÁN LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ VÀ ỨNG DỤNG DẠY TIN HỌC CHUYÊN THPT
26 p | 156 | 28
-
Luận văn:Nghiên cứu các giải thuật song song trên hệ thống xử lý đồ họa GPU đa lõi
26 p | 91 | 18
-
Luận văn: Nghiên cứu giải thuật advanced encryption standard mã hóa các văn bản mật tại trường cao đẳng công kỹ nghệ Đông Á
13 p | 121 | 18
-
Luận văn:NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT PHÂN LỚP DỮ LIỆU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ ĐÁNH GIÁ THÀNH TÍCH NHÂN VIÊN CHO CÔNG TY ESILICON VIỆT NAM
24 p | 125 | 17
-
Luận văn:Nghiên cứu các đặc điểm vân tay ứng dụng vào công tác hình sự tại công an tỉnh Bình Định
27 p | 71 | 15
-
Luận văn:Nghiên cứu các giải pháp bảo vệ khôi phục tuyến và triển khai đa dịch vụ trên mạng IP/MPLS
26 p | 108 | 12
-
Luận văn:Nghiên cứu các kỹ thuật QoS áp dụng cho mạng lõi 3G mobifone miền Trung
26 p | 102 | 11
-
Những đóng góp mới của luận án: Nghiên cứu các nhân tố tác động tới sự phát triển thị trường xăng dầu ở Việt Nam
1 p | 149 | 10
-
trùng Luận văn Thạc sĩ Cơ kỹ thuật: Nghiên cứu đặc trưng của dòng chảy các hạt bằng phương pháp SPH
64 p | 28 | 3
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn