天津大学
硕士学位论文
基于计算机立体视觉的人体旋转姿态跟踪
姓名：梁一
申请学位级别：硕士
专业：精密仪器及机械
指导教师：曾周末
20031201
中文摘要
喜卡算辊视觉技术已经在工业生产秘秘学掰究中发撵羞越来越重癸浆｛乍用。媲近８０％的视觉系统主鬻应用予测量领缄，包括精于提商生产敲率、控制生产过程中懿产品质鬈、产品数据采集、医疗辅助、体育系统仿真等。出于计箨机视觉技术的非接触测潼特点，槽比于传统的按秘涮黛方法其有很多优势，并邑在一撩领域取代了砖统测量方式。
本文分轿嵇讨论了计算秘－立体溉鼹按术盼基本原理和应麓情况，分褥了计算机立体视觉技术中常阁的图象处理方法。针对人体运动测量，以艺术体操运动员的囊俸旋转铡练为对藩，建立了一个蒸子计簿税立体疆觉技术鼢鞴熬谖练系统。用多台摄像机对运动员旋转漆态从多个角度进行监测，以ＡＶＩ影像文件格式将所获褥的数据存蘸在嚣算租孛，胰文｛孛孛接辐燕时阕参量提取备台摄像桩获敬翡ＢＭＰ图象数据帧进行分析，由多幅图缴的信息通过三维重构得到运动员运动中的３一蚤窑嗣参数。奉系巯与传缓静辕熟谢练方法提窕，蹙有｛＃潦融瓣羹懿挠点，运动员可以在不受束缚的条件下进行和平时一样的训练。
漾题主要磷究蠹容包瑟：
（１）对图象处理技术和计算机视馓技术的国内外研究和应用情况进行了分析黎慈缮。荠醴蘧浮标意点轰饿，讨论了计算枫蓬象颈处瑾，图形稽短识襄的常用方法，并重点分析了哈夫变换法，和模板匹配法。．
《２≥讨论镶豫魏戚豫模型及其标宠接寒。钟黯谤冀橇蛰象瀚三维羹穆按术，耋点分析直接线性变换（ＤＬＴ）婶法在计算机视慌检测中的应用。总结利用多禳想象藏少夔梅误差§§方法，黎在懑象三缎萋搀中翔餐进行滢象瓤对应点匹配的相关结论。
（３）锌对慧术葵搽运动灵基疆嚣囊髂旋转渊练，稳建一辅助镬练系统，对逶动员在旋转时的上身姿态进行跟踪。提出了在人体上幸占贴小球标志点的方法，幽予毒球栝恚煮程成豫中始终爨持鋈彩，这样逶过对残像中国形撼志点的识别，再经过３－［Ｉ重构，实现对小球标志点的跟踪，从而达到对入体蓑转姿态跟踪鼹嚣麴。
（４）设计了实验方案，编制了相应的模拟成用软件，实验缩果表明此方案能够重现人体在旋转酎土努姿态，可以达到臻助训练运动摄的效聚。
关键调：计算规视觉摸掇篷配三维重掬ＤＬＴ辅勘训缘
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｃｉｅｎｃｅｒｅｓｅａｒｃｈ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｅｃｔｍｏｌｏｇｙａｒｅｍａｉｎｌｙｕｓｅｄｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈａｓｃｏｎｔｒｏｌｏｆｑｕａｌｉｔｙａｎｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｓｐｏｒｔｓｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｔｃ．ＴｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎｗｈｉｃｈｗｏｒｋｓｉｎａｎＯＮ—ｃｏｎｔａｃｔｅｄｗａｙｉｓｎｍｃｈｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｏｎｅ，ａｎｄｈａｓｒｅｐｌａｃｅｄｉｔｉｎｓｏｍｅｆｉｅｌｄｓ．
Ａｎａｓｓｉｓｔａｎｔｔｒａｉｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｌｉｅｄｉｎｅｕｒｙｔｈｍｉｃｓｆｉｅｌｄｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒａｔｈｌｅｔｅｐｏｓｅｔｒａｃｋｉｎｇ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓｍｕｌｔｉ?ｃａｍｅｒａｓｔｏｒｅｃｏｒｄｔｈｅｓｔａｔｕｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｔｈｌｅｔｅｗｈｏａｃｔｓｒｏｔａｔｉｏｎｍｏｔｉｏｎ，ａｎｄｓａｖｅｓｉｔａｓＡＶＩｆｏｒｍａｔｆｉｌｅｓｉｎｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ａｆｔｅｒｔｈａｔ，ｔｈｅＢＭＰｉｍａｇｅｓｔｈａｔａｒｅａｃｑｕｉｒｅｄｆｒｏｍＡＶＩｆｉｌｅｓｏｎｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅ３－Ｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｐｏｓｅｏｆａｔｈｌｅｔｅｃａｎｂｅｄｅｄｕｃｅｄｔｈｒｏｕｇｈ３－Ｄｒｅｂｕｉｌｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｎｔａｃｔｅｄｍｅａｎｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｅａｔｈｌｅｔｅｄｏｅｓｎｏｔｈａｖｅａｎｙｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｗｈｅｎｅｘｅｒｃｉｓｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．
ＴｈｅｍａｉｎＷＯｒｋｓｉｎｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＣａｎｂｅｓｕｎｎｉｌａｒｉｚｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ：１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｆｏｒｍａｔｓａｎｄｐｒｅ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｉｍａｇｅａｒｅｅｘｐｌａｉｎｅｄ
ａｎｄＴｈｅｍｅａｎｓｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙａｃｉｒｃｌｅｆｒｏｍａｎｉｍａｇｅａｒｅｄｉｃｕｓｓｅｄ．２．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔｅｒｅｏｖｉｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｒｙｏｆ３－ＤｒｅｂｕｉｌｄｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇＣａｍｅｒａｍｏｄｅｌａｎｄｃａｍｅｒａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｅａｎｓｔｈａｔａｒｅｕｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｅｒｒｏｒｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍｏｂｊｅｃｔｍａｔｃｈａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．
３．Ｆｏｒｅｕｒｈｙｔｈｍｉｃｓｐｒｉｍａｒｙｒｏｔａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇ，ａｎａｔｈｌｅｔｅｒｏｔａｔｉｏｎｐｏｓｅｔｒａｃｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｔｒａｃｋｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｓｐｈｅｒｉｆｏｒｎａｉｎｄｅｎｔｉｆｉｅｄｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｈａｐｅｏｆｉｔｉｓｃｉｒｃｕｌａｒａｎｄｄｏｅｓｎｏｔｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｔｈｌｅｔｅ，ｒｏｔｕｎｄｉｔｙａｎａｌｙｓｅｉｓｅｎｏｕｇｈ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｔｒａｃｋｔｈｅｐｏｓｅｏｆｔｈｅａｔｈｌｅｔｅａｂｏｖｅｈｉｓｗａｉｓｔａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｐｏｉｎｔｓａｔｔａｃｈｅｄｏｎｔｈｅａｔｈｌｅｔｅ．
４．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｃｏｄｅｓａｒｅｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｓ，ｔｈａｔｃａｎｒｅｃｕｒｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅａｔｈｌｅｔｅｒｏｔａｔｉｏｎ．Ｓｏｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆａｓｓｉｓｔａｎｔｔｒａｉｎｉｎｇｉｓｒｅａｃｈｅｄ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＣｏｍｐｕｔｅｒＶｉｓｉｏｎ
ＤＵｌ
ＴｅｍｐｌａｔｅＭａｔｃｈｉｎｇ３－ＤＲｅｂｕｉｌｄＡｓｓｉｓｔａｎｔＴｒａｉｎｉｎｇ
独创性声明
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天津大学硕士学位论文第一章图象处理与视觉检测
第一章图象处理与视觉检测
１．１图象处理技术概况
图象是用各种观测系统，以不同的形式和手段观测可观世界而获得的，可以直接或间接的作用于人眼而产生的视觉实体。科学研究和统计表明，人类从外界获得的信息约有７５％是从图象中获得的。随着计算机技术的发展数字图象技术近年来得到极大的重视和长足的进展，出现了许多相关的新理论，新方法，新手段和新设备，并已在科学研究、工业生产、医疗卫生、教育、娱乐管理和通信方面得到了广泛的应用。
所谓图象处理，就是对图象信息进行加工以满足人的视觉心理或应用需求的行为。图象处理的手段有光学的方法和电子学的方法。前者已经有了较长的历史，从简单的光学滤波到现在的激光全息技术，光学处理理论已经日趋完善，而且处理速度快，信息容量大，分辨率高，但是光学处理图象的精度不够高，稳定性差，操作不方便。从２０世纪６０年代起，随着电子技术和计算机技术的不断发展和普及，数字图象处理进入了高速发展时期，就是利用数字计算机和其他数字硬件，对从图象信息转换而得到的电信号进行某些数学计算，以提高图象的实用性。在这一过程中，输入的是质量低的或是未理解的图象，输出的是改进过的图象，常用的图象处理方法有图象增强，复原，编码，压缩等。历史上首先获得实际应用的是美国喷气推进实验室（ＪＰＬ），ＪＰＬ对航天探测器徘徊者７号在１９６４年发回的几千张月球照片使用了图象处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功的绘制出地球表面的地图。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图象处理，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了图象处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，如对火星，土星等星球的探测研究中，数字图象处理都发挥着巨大的作用。１９７２年英国ＥＭＩ公司工程师Ｈｏｕｓｆｉｅｌｄ发明了用于头颅诊断的Ｘ射线计算机断层摄影装置ＣＴ（ＣｏｍｐｍｅｒＴ０ｍｏｖａｐｈ）。ＣＴ的基本方法是根据人的头部截面的投影．经计算机处理来重建截面图象，称为图象重建。１９７５年ＥＭＩ公司又成功研制出全身用的ＣＴ装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图象。１９７９年这项无损诊断技术获得了诺贝尔奖。与此同时，图象处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、
天津大学硕士学位论文第一鬻幽象处瓒与榄觉梭测
生嵇隧学工摇、工渡捡测等，毽潮蒙蛏理成为－－１＂１弓ｔ入注霹，籍景广大瓣新型学辩，隧蒋霞象簸建撬零蕊深入发矮，大稻毫开始礤究翔秘鬻计簿凝系统逸瓣释踅象，宴瓒粪像人类辚滟系统理解舞部畿赛，帮黼象理瓣或许莽税褫觉。数字图象处理技术处理精度比拔离，而且还可以通过改进处理软件来优他处理效果。但是，瘗予数字霭象娃理黔数据量嚣鬻盼建大，西藏焚瑾速凌稳对较澄，隧簧计算穰援术的飞速发展，计算机的运算逮浚大大提高，这将会撼动数字闼象处理技术的避一步发爆“’ｔ３１。
数字图象处理的英文名称蹙“ＤｉｇｉｔａｌＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”。邂常所潞的数字图蒙整理蹙捂雳嚣算擞滋行静照瑗（ＣｏｍｐｕｔｅｒＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）。憨戆慕谈，数字图象处理包括以下几项内容Ｈ１：
（１）患运算
蠡运算圭骚是镑对錾象遴器豹翱、减、暴、豫等运冀。溪象夔点运算霹渡誊效弱改变图象戆妻方辫分毒，这对提离图象豹斧瓣率缓及图藩懿蚜簿纛耧是嚣鬻有益的。
（２）凡侮运算
忍露处毽燕要镀耩甏蒙静堡橛转按、鹜象靛移动、缩，ｌ、、鼗大、浚转、雾令图象熟粼准以及图象搬艟校委簿。几赠处理是最常见的图象她疆手段＋几乎任秘图象处溅软件都提供了基本的闰耀缩放功能。图缘的撅曲校磁功能可以将变形驰銎蒙遴褥霓霭校正，竣嚣褥塞壤确鹩鬻象。
（３）黼象增强
图镦增强的作用主黉是突出豳粮中的重翼惯息，同对减弱娥者去豫举髂要的信息。常薅艇方法鸯嶷方图兹穗溅鞠镄色彩增强等。
（４）闺像复琢
图像复原的茸的鬣去除干扰和模糊，从而谈复图象的本来谣茸。例如丧嗓声复原处瑕。
（５）銎象形态学憝壤
髑形形态攀是数举形态学的越伸，是一门独立的研究学科，利用翻象形态擘处理援术，可良实戮瀚象的腐键、细化和分割等效栗。
（６）爨藩鳊璐
强象编玛溪予嵇慧论孛莛添编羁游范畴，箕主要家罄楚剃鬻霉蒙镶号翡统诗特性及人类视馓特性对图象进行高效编码，从而达到厩缩图致的日的。图魏编码是数字辫象楚瑗孛一个经典翡研究范酶，有｛５０多年戆磷究掰夔，基裁墨经裁定了多秘拣准，麴Ｈ。２６１、ＪＥＰＧ器ＭＥＰＧ等。
（７）强蘩重建
图象重建趱源于ＣＴ技术的发展，怒一门新兴的数字图象簸瑾技术，主要建刹用采集的数据来重建图象。图象重建的主要算法有代数法，迭代法，傅立叶艇投影法牟鞋使用最广泛的器积反投影法等
（８）模式识别
模式识羽纛楚鼗字豳象楚瑗静一个耩兴静磷究方囱，当今豹模式谖掰方法遴常有３种：统计识别法、句法结构模式识别法和模糊识别法。目前应用广泛的模式谖翱（ＯＣＲ）技术藏楚痤舔模式滚弱按术开发窭来静。
数字图象处理的基本特点怒：（１）数字图象处理的信息大多是二维信息，处毽信怠麓缀丈。翔一壤２５６Ｘ２５６低分辨率黑自强象，娶求约６４ｋｂｉｔ豹数据量；对高分辨率彩色５１２Ｘ５１２图象，则要求７６８ｋｂｉｔ数据爨；如果要处理３０帧每秒豹龟援强象枣到，剩要文５００ｋｂｉｔ～２２＋５Ｍｂｉｔ数摇量。掰建对诗箨辊筑诗篓飒速度、存储容量等要求比较高。（２）数字闰象占用的频带较宽。与语言储息相比，鑫援懿频豢要大豆令数量缀。麴电视耀象豹豢蹙约５＋６ＭＨｚ，ｉ嚣语富磐宽仅必４ｋＨｚ左右。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，技术难度较大，残零也毫，这藏对频繁压缨技本提爨了更寒豹要求。＜３）数字图象中各个象豢是不独立的，其相关性大。在图象画两上，经常有很多图象象索相同或稷近的获度，图象处理孛信息聪缝豹漤力缀太。（４）由予图像怒三维景物的二绻投影，～幅图蒙本身不嶷备三缀景物的垒部几何信息，报显然，三维景物背后的部分售患在二绫图象域嚣上是反映不如来豹。嬲此，要分摄和理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量。（５）数字图象贼理后的图像一般是给人观察和评价豹，鞭ｊ迦受人靛因素影响较大。由予人豹视擞系统缀复杂，受环境条ｌ牛，视觉条件，人的情绪爱好以及知识背景状况影响很大，作为图象质爨的评价还有待避一步深入的研究。
另～方面，计算机筏觉是模仿人的视觉，入的感知机理必然影响着计算机褫觉的研究，而此技术也越来越广泛的成用于人类生活之中。
ｌ。２立体视觉技术及其国内外的研究情况
自然界的物体都是三维的，人类通过嚣眼获得物体的三维＿藏体信息。但一般的摄影系统只能把三维的物体以二维的形式保存、记录下来，阏时丢捧大量的信息。计爨机立体援觉指的就是运用计算机技术和光学手段在获取的一幅或多幅图像中还原出被掇物体的立体形状，获襻三维数据值，这～还原ｊ遣程就朝做三维灌掏技术。
由于计算桃立体视觉技术在机器入税觉、联学整形和美容、工业产晶酶终筑
莰诗、三维轮擦溺量、艺术霹塑、建筑等矮域毒著广泛爨应溺蘸豪，瓣弦它鼹当今国际上的热门课题之一。美豳、日本、德圜、加拿大等发达国家早在６０年代寒裁开始投入大量饔愈逶孬遮方嚣魏辑究，鼠提遗了诲多瑟麓溺量骚理窝方法。我国禚近几年也开始宵～些研究成果。目前常用的几种立体视觉方法难要有如下置耱‘５’一‘１嚣：
（１）双像合成法
系统瑟瑟个爨摇税薅物体驳嚣拿不霆惹凝获彀两鹣鎏豫，热翼天浆嚣个暇精一样。计算机通过对一个物点猩两幅阁像上不同的位澄进行处理，得到物体的立俸蔷患。该方法类叛予久曝嚣立俸裰鼹凌憨，骧理壹瓣，毽计算复杂。一般只选择物体的特征点，如角点、边界线进行计算。该方法只自＆应用于简单物体的场合。
（２）莫尔条绞法
自Ｍｅａｄｏｗｓ等１９７０年摄出莫尔轮廓法以来，在此基础上提出了影像莫尔法、投影葵尔法、翘捶莫尔法，璐及这些方法熬改避方法，使莫尔等寒线三维测鬟技术不问程度地遮蓟实用化程度。
影像莫尔洼：骧理如图１．１掰示，光源照射劐羲予渡测物体上的主必瓤，其影像授在物体上，物体上Ｅ与光栅上Ｃ点的高度差ｗ为
Ｗ＝ＮｘＰ／ｔａｎ（ａ）＋ｔａｎ（ｆｆ）公式（１－ｌ’
式孛Ｎ为葵象条纹静静ｔ魏ＡＤ惫含ｍ袈宽麦必Ｐ藜线对，ＡＢ憩窖１１荣，则Ｎ－－ｍ．ｎ。彩像莫尔法特点怒原理简单，精度高，但由于制造面积较大的光栅攫溺难，教该方法只运耀予小耪蒋静测量。
圈１－ｌ影像莫尔法图示
搬影莫尔法：这种方法是将光栅投射到被测物体上，然后在观察坝０用第二个宠援溉察辏藩表蓠豹变磐竞褥穰，这襻就褥到葵象条绞。势辑莫象条纹赣霹戳褥到物体的深度信息。该方法的特点是通合于测量较大的物体。
扫播荚承法：箕投影剿与投影莫黎法襄鄹，毽在弱褰铡不攘竞撵寒形或葵黎条纹。而是用电子扫描光栅和变形像迭加生成舆尔等商线。宅的优点是利用现代逮予技零，胃疆攫方便缝改交ｌ叠鬟惫糯撂疆、霞褪等。生或不同经捐黔葵尔筹裹
线条纹闰像，便于实现计算杌自动处理。其缺点是需要扫描视稳，数据获取速度低、稳定性较麓、对噪声敏感。
（３）簿墨Ｈ辛交换轮廓滚
该法以罗谢光栅产生的结构光场投影到待测三维物体表面，对结构光场进行傅里时分衔、滤波和遵簿垂咔分褥，就霹瑷获交形图形串提取三维覆形信惠。该技术具有比传统莫尔技术更高的灵敏度，并全自动区分物体表筒的起伏变化，对条绞除次和肉插数琵设爨没有攒求，浚露由光秘圈澎瓣麓次｛骞波菠分产生豹霰鹣莫尔条纹所引起的误裁。
簿蓬时交换轮瘠潼的不是之楚在予当测爨斜率大豹耱体嚣要菲零离豹分辨率的图像设备和运算能力大的计算机。
（４）锭辐测薰法
这是一种驻要的三维成像方法，这种方法采用正弦光栅投影和相移技术，投影在貔体上鹌巍褪，壤撂蘩薅麴蹇度露产生变澎，这个变形懿兜掇强像列擞２一Ｄ的条纹图。它包含了三维信息。变形光栅的光强一般形式为：
ＩＩ（ｘ，ｙ）＝Ｉｏ（１＋ｍ（ｘ，ｙ）ｃｏｓ［０（ｘ，ｙ）＋中１］）公式（１—２）
式中蠢（ｘ劝必秘舔（ｘ，ｙ）熹上瓣竞强：ｉＯ（ｘ，力为背景光强；ｍ（ｘ，ｙ）荛系统对比度：ｍｌ为相移攘（Ｉ＝ｌ，２，３）；Ｏ（ｘ，ｙ）为相能。它是物体形状ｈ（ｘ，ｙ）的函数．是需要求出静秘毽量。采蔼三秘葬法，帮将辔ｌ—Ｏ，０２＝２ｘ／３，辔３＝－４ｒｄ３｛弋入主式，可敬褥到：
Ｏ（ｘ，ｙ）＝ａｒｃｔａｎ［ｓｑｕｒｅ（３）（Ｉ，－１２）／（２Ｘ１１－１２一１３）］公式（１－３）
馥ｉ子采丽多蔽图像。其特点是精度高，妇子该法式需诗簿三个强度值霸蔽正切函数，所以处理简单。缺点是不能消除絷纹中商频噪声弓Ｉ起的误差。（５）主动三角形法
其基本思路是利用照明中的几何储息帮助提取景物中的立体信息。我们知道，对于一个三角形，翔采己翔箕牵一条透葶霹籀应静二个角，羯胃蔽求密三角澎中其他的边或角的值。主动三角形法中，一般把光源岛摄像机之间的距离ｌ作为已稚纛（薹线），壶毙源投菇掰耱俸上静光线。与基线之阕静必焦往霹禳摇结褥光的备自特性Ｈ来决定．另一个角Ｏ，可通过物体的像在摄像机中的不同位置计算出来。主凌三角形法除蠲上述络椽光慧明舞，葵谴霹辘豹结橡滗学方式还舂：糕格法，圆形光条法，交叉线法，空间编码模板法等。过去普谝认为这类系统不够精确蠢速度谩，磊今熬着弱多箱撵方法瓣革瑟，魏类系统被谖碉是糖确、抉邃稻
天津大学琰圭学谴论文第一章图象处理与视觉捻溅紧密的。
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图ｌ－２主锄三角形法
（６）几何光学聚焦法
对薄透镜来说，已知焦距和像距即可求得物距。在焦距是可调的情况下，焦遴在交纯避稷孛，图像鹣綮一部分楚予矮清嚷位嚣，裁霉器缦骞翳诗算毒这部分的距离（物距）。这种方法要求使焦躐连续变化，因此需要昂贵、复杂的硬件，同时处理德度也很慢，因为在每个焦距位置都需要获取图像并对图像的各部分都进行分掇。
（７）飞行时间法
这种方法是基于三维面形对单光束产生的时间调制。例如，一个激光脉冲信号从激光器发出，经物体表面漫反射愿，其中一部分漫反射光沿相反的路径网到接收器，稔测光踩洚麸缎麓至ｌ接ｌ｜曼之阀豹对藤延迟，就霹疆诗冀距离Ｚ。嗣瓣嬲的扫描装鼹使光束扫描熬个物面，就Ｗ以形成深度数据。这种方法原理简单，测距速度高，又可避免阴影和遮挡等问题，但对信号处理系统的时间分辨有较离鼷求。舞了挺舞溺量壤度，实嚣豹飞霉辩润测量系绞徒经采蠲霹趣瀵裁竞素，捌皴采用正弦调制的激光束，然后比较发射光束和接收光束之间的僚张，计算出距蕊。
计算机视觉理论逐渐走向成熟，融经开始应用于各种场合，很多产品也进入了大众生活，主要的应耀育：
（１）立俸溅像：
立体照相机原理如图：Ｄ为双镜热立体照相机；Ｆｌ、Ｆ２为相同的两镜头；Ｌ为两镜头间距，相当于人跟的瞳距；Ｃ为景物；拍摄时同时在底片Ｅ上得到有～定差巽豹Ａ、转嚣张曝必熊片，穗当予入双限魏援麓。这穆褒片焱扩窝霹采鲻蜷
天津夫学硬士学豫论支纂一章爨象廷蓬鸟筏觉捡溅
殊方法瓣彩藕藤静静稼，按蒋定方法鸯箴鬟目一张竞搬裰缓上，瘦子巍爨静辨瓣效应，将不同入射角的成像光分割为条状，并强棚纸的不周使谶曝光ａＡ像与Ｂ餐懿条形势黎壤交替惑凳在嚣～瘫撼褥续主，逶涎鬟雾、定影、跨凌、于漂器王序即可获褥优夔的光栅立体照片。
点瑟
溪｛毒盎露黢瞧羲建
（２）立体邀视！
三维嘏瓿，３ＤＴＶ或ＨＴＶ（Ｈｏｌｏｔｅｔｅｖ］ｓｉｏｎ），立髂撩彩援零鼹囊髂惫裁静宠譬，立髂愈筏露窥粳式，黻辘式等参静。髓罄集成泡薅的飞速发餍，ｓＯ第代．快速懒应的液晶兜溺（电光快门）豁粥现，使骶带液晶倏门礁镜的晴分蔽翥藩龟褫开始走囱观众，珏尊分式立体电视方式是虫立体摄像机按奇偶场对闽顺塔摄录舱图像，技霹越黢謦笈懿撵藏，大秘遴遘滚蒸获瓣鞭镜露劳攘救豪右场嚣豫嚣获褥逶真麓立体图像。１９８５日本筑波外国撼览会凇下公司酋撼时分式液晶照镜立体电视样机获得成功，清华大学穗磷究出裔透蠢攀鼹薪受液蕊党阕鼹镜鹋５夸磅。弱争｝立体邂褪还鸯臻巍建；色差戏，柱钱式等多耪，毽帮存焱溪攮闵爨，甍壤镶麓豹缺貉，或穰蕊嚣囊接收撬接慧援零蠹涤两难默推广。
（３）立体游戏
立俸筏滗技零京计算橇潜瓣主跫烧遗瑗。簸鬻鼹懿是一黧惑楼游藏，逶滋使臻数警技零获竞掌技寨产生弱三维立钵视觉效巢穗经露穰强熬麴粪安港。诗赣梳系统楚数窜黎绕，整霜数字蔌术翁立拣粳菝按零斡潦囊产品已践诗冀瓤配律产愚中出现：如３．Ｄ镭眼驻卡等。
≤４）铙嚣天筏臻羹３国羧囊：
根据人体仿生学原理制造的智能机器人，通过双目或者多目图象获取系统来获得现实世界的视觉信息，通过内部自带的核心处理部件分别对所取图象进行处理分析，再对多幅图象中的信息进行立体匹配，寻找匹配点，再进行三维重构，恢复真实３．Ｄ的场景信息，依靠所获得的３．Ｄ场景信息来指导和辅助机器人进行运动的决策。
（５）激光全息照相
１９４７年，伦敦理工学院的伽伯教授发明一种立体摄影技术。这种摄影技术，能够记录景物反射光的振幅和相位，称为全息摄影技术。伽伯由于这一项发明．获得了诺贝尔奖。由景物反射的光，除了有振幅和相位之外，还有频率。光的彩色反映频率，严格地说，只有彩色全息摄影才是真正的全息摄影。为了获得清晰的全息图，要求光源性能（相干光）特别好，只有激光才能达到。所以，在激光出现之后，全息摄影技术才迅速发展起来并获得了广泛的应用。
激光全息摄影包括两步：记录和再现。全息记录过程是：?把激光束分成两束；一束激光直接投射在感光底片上，称为参考光束；另一束激光投射在物体上，经物体反射或者透射，就携带有物体的有关信息，称为物光束。物光束经过处理也投射在感光底片的同一区域上。在感光底片上，物光束与参考光束发生相干叠加，形成干涉条纹，这就完成了一张全息图。
全息再现的方法是：用一束激光照射全息图，这束激光的频率和传输方向应该与参考光束完全一样，于是就可以再现物体的立体图像。人从上下左右不同角度看，可看到物体不同的侧面，就好像看到真实的物体一样。
扩
激光器
图ｌ－４激光全息摄影光路图
１．３本文的主甏王终
凉上掰述，立钵援觉方法纛精懿场台是有聪不露毂，应该嘏据强壤选取台逶的方法：双象合成法原理直观，但是计算量复杂，改进算法，成用在台适的场合将取褥缀菇蠡孽效采；簿立跨交换法对运箨支持簧求毙较严接；烹魂三熊形法不够精确，适合精度要求不高的场裔。
本文翻爱袋象缝璞技术，磺究蘧形标恚点黪｛鬟剽方法，蒡农鼹嚣甄配豹基璐上对目标物体进行三维重建，以旋转状态下人体姿态稔测为对缘，主要进行了以下王｛棠：
介绍计算机中数字图象存储方法，对图象预处理技术进行分析和比较，针对疆特缝提取，分援了４秘零用的识别方法，并鬟点讨论了哈夫变换法秘模扳匹瓣法在图象处理过程中的应用。
阐述了立体褪觉激理，讨论了摄像枫坐标模型，成像变换，期摄像帆的标定技术；讨论了三维重构原理，黧点分丰斤了ＤＬＴ方法；简述了多瞬立体视觉和对斑点匹配楣关理论。
总结人体运动分析理论国内外的发展状况和科技邂用于体育的现状，ｌ冀艺术体操运动员基础旋转训练为研究对象，设计了一个多摄像机的嫩测系统，可以对运动员基础旋转训练时的上身瓷态进行分析。对系统参数迸行了标定，编制了糟应的图象提取，系统橼定和三维重构程序，实验验证了方案的可行性。
．９－
天漳大学颈圭举缱适文第二豢基予鎏象处理靛基形特征提取第二露基予烫象处理嚣巍澎特蓰提取
人类立体襁觉的实聪，是由于人眼中的晶状体和搅网膜对世辨强象进行摄取秘感襄，戆魏魇褥舅靛强黎是二壤懿平蕊踅蒙，菇蔽攥盔舂双蔽鹣瓣令二维妥雏对三维饿界进行感知和理解。计算机立体视觉就是鬟重现这一谶耩，而艇原瓒帆制也是出入擞的双眼仿冀瓶来的。若要妊三确的理解图象，需要把虢取的图象进行表述，对物体的特薤遘孬撬取。麓二缀曩象熬鬟取愁诗冀掇立豁裰觉懿蕤疆，静对于本谍题瀚人体姿态酾跟踪，奉章讨论圆形拣恚点的特征提瑕方法。
图敷信譬的采集和用逶当的方法采液达是数字黼象处理中的关键环节。自然暴在人跟中撰现麴图象一般是逡续的模拟图象，它的形状和形态龅表现幽图象备霞委兹簇色掰捷定。奁魏凄擎秘瑟究孛，｛王嚣藏色帮霹耄经、绿、篷三辩基零蕨色按照不同的比例混合得到，所以红、绿，篮也被称为三原色，简称ＲＧＢ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）三原色。黼忿，自然葬鹣图象可鬻如下鹃涵数采液乐［１ｌｌ
ｆ（ｘ，Ｙ，ｚ）。｛歹≥（墨Ｙ，ｚ），歹ｋ。。（ｘ，Ｙ，；）’五船≤ｘ，Ｙ，；））公式（２?１）其中熬钿，舀。，靠ｆ。努丽表示籁、绿、蘩三种成分。它翻郝是空瓣戆连续曲数，柱每～点都有精确的值与之相成。连续的图歙～般为光强腹（也称光亮度）辩空藏缝栎豹鼹鼗。在粼诗簿稳霹其缝毽之蘸，簧簧稻嚣蒙筵黪器将巍翁号转纯为表示亮度瓣惫信号，在遂过模数转换器（Ａ／Ｄ）爨｛乏藏离散蔼譬，｝冀镬予数字计算聿琵进行怒毽。这个游撵就怒蓬象激鬟，霞蘩莱絮熬凌链巷臻巍鼗字鬻象强遐系统当中。
鼗字銎象楚建系襞麓缝壤主要琶耩三个墓零的部分：爰予捻测射线疆度静銎象传感耱；时整个景物棱测数掇进行采集的扫描驱动硬件；最麟～个愚对采集的霆象遴行遮簿躲孩心熟瀵帮｛争。系统鹣雏羧示戆圈懿下：
墅２－１数搌她理系统麓潜
天津大学硪士学位论文第二肇蒸于鹫象始邂懿毽形蒋链提取
一幅阁藩本身是～稽＝维连续添数，雷象稚寇澄｛酝是其谴鼹静连续涵鼗，然而在计算机上对图象进行数值处理时，首先对麒谯宅间和亮度上进行数字化，这本身纛是黧蒙豹采集器嚣稼蓬程。
对图象进行均匀采样，就可以得到一幅离散化成ｍ×ｎ样本的数警图象，该数字鹜蘩麓一个整鼗静翔，嚣褥疆逑该数字鬻蒙簸奁溪黎最麓矮夔形式裁憝矩痒。蹦象Ｆ可敬表示为：
Ｆ＝；◇辩…ｆ（１，１）…
ｆ（ｍ—ｌ，｛）…ｆ（Ｏ，ｎ一珐
ｆ（１，聪一１）ｆ（ｍ—ｔ，ｎ－１公式（２—２）
箕中，ｆ（｛，ｊ）表示诬鬣（ｉ。ｊ）楚的亮度僮
数字图象也可噬梢向量来表示，形式为：
Ｆ＝执，Ｚ，…，厶一，Ｊ’公式（２－３）
其串Ｚ。泌式鳆，蕊１），…，ｆ（ｉ，ｎ—ｌ麓
计算枫对图象进行处理都是先以矩阵或向篷的形式来表达数字图象，基零图象类黧脊１１２１
１。索孳ｌ图象
豢弓ｌ黧缘包括蚕黎缀阵与颜色图数组。萁率颜色烫是按照麟色进行排序聪靛数组。对予每个象素，缘素矩阵包含一个值，这个值就是颜色圈数组中的索引，蕨色鬣～般麓ｍ×３豹敞精凄壤矩鳟，鍪孬分期攒宠红、绿、簸（ＲＧ器）蕈恕篷。颜色瘸ＭＡＰ＝陡Ｇ鞠，嚣、Ｇ、Ｂ笼值域是【豫ｌ】懿鬟数毽。ＭＡＰ矩晦豹每～行指定一个穰色静红、缭、蓝舔龟分譬。索弓ｌ甏象耐糖浆素蓬蠹攘映翦炎蕨琶鞠数值。图象索引和颜色图被存在一起，凝载图象时，颜甑图和索Ｓｌ图被一同自渤装载委蠢存审。
２．获魔图缘
获菠鬻藩保存在一个篷落串，艇蹲懿每令元素｛弋表一令象豢熹，矩薄可疆楚双精嶷类黧，其值域必羚，ｌ】；也可以为ｕｎｉｔ８类型，蕊数据范鼷为峨２５６］。缒眸戆每个元豢篷代表不薅熬亮凄凌袤凄缀，亮度遂蕊零，表示爨惫，亮袋蘧袁ｌ《或者ｕｎｉｔ８类型的２５５）代澈白色。
３＋ＲＧＢ灏蒙
ＲＧＢ鬻蒙遴稼巍囊彩图象。每索萼ｌ整一撵，ＲＯＢ整象努嚣§麓经臻蓝三令亮凄力～组，代表每个象豢豹联色。与索弓ｌ图象不同豹是，ＲＯＢ题象务象素瓣蔗度值崽接存储在图象数组中，图象数组为ｍＸｎＸ３，ｍ，ｎ表泳图象的行、列数。ＲＧＢ鬻蒙不捷建簇毽鬻。
１；●ｌＩ砖
蛰嬲：㈣
圈２－４墩阑值１５０时的二：值化图蒙
＊１３．
国２－５取阏僮２００对的二傻纯图象
图象覆量瑶数逶＿；窭～定办法麴获改善，悉襄蠢鞋瞧必矮要改善采集嚣来兹套类图象。一般情况下，在传送和转换（如成像、复制、扫描、传输、以及显示等）过程中总会爨琨霆象菜些降震。剜热，在摄像瓣，光学系统豹失真、稳怼运动、大气流动等都会使图苏模糊；程传输过程中，凼于噪声污染，图象的质量也会有耩下黪。为筵，嚣要对强象浆壤量热驳改善。鞠象增强技术｛睾为一丈类基本的图象处理技术，箕目的是对图象ｊ｛｝行加工．以得到对具体的应用来说视觉效果更好、更有羁豹鎏象。改善图象质量鹣方法一般毫ｌｑ傲乎潺去噪，根撼基载熬不同分为两类，～类是将图象中感兴趣的特征有选择的突出，而衰减其次要信感，不考虑图象黪矮戆骧鞠，通常Ｂｑ微图象增强技术；另一类是针对图象蹲覆豹暇毽，设法去补偿降质因綮，从而使改善后的图敷尽量逼近原有图象，一般称为图象的复原技术。｛针对本课题的研究。主要考虑图象增强技术。目前常用的黼象增强技术根箍其处理空间不阉，分为基于图象域的方法和基乎变换域的方法¨”，懿者直接在图象域的空间进行处理，后者在图象的变换域中进行运算。进～步分，前者根攒对图象的每次处理是针对单个蒙素进稃豹或是小的子熙象（摸扳）进行约分为两组：基于象素点和基于模板的。基于象索的处理中，增强对于每个象索的处理与其他的象素无关；丽模板处理则是指每次处理操作都是基于图苏中的巢个小区域进行的。
由传感器威信道引起的噪声通常照现孤立离散性分布，常常与它们领域象索有眈较明显的差异。空间域的滤波通常是在图像空闯借助模板避行领域操｛笮完成的，他们根据特点可以分为线性的和日Ｅ线性的两类。线性系统的转移函数、脉冲函数、扩散函数构成傅立时变羧对，繇戳线往滤波器的设计常麓于对傅立时交换的分析。非线性滤波器则一般囊接对领域进行操作。另外各种宅域滤波器又根据功能分为平滑和锐馥。平滑可稽低通滤波器来实现，如餐２－６（ａ），是为了模糊藕