折反射式全景视觉系统设计、分析及应用

本书共分为10章，首先，本书分析了折反射式全景视觉成像的基本原理，研究了折反射式全景视觉系统统一成像和还原展开技术，采用规则模板和基于图像分析的方法对相关参数进行标定及估计。其次，本书论述了折反射式全景系统所拼接的全景图像质量特性和模糊模型，研究了基于点特征的多目全景立体视觉匹配技术以及基于匹配后特征的空间位置感知技术。最后，本书将所构建的折反射式全景视觉系统结合实际应用场景进行分析，研究了基于Mean-Shift的目标识别及跟踪方法，探索了折反射式全景视觉系统在直升机旋翼共锥度测量系统中的应用，分析了视场中目标的空间分辨率及参数变化对空间尺度分辨的影响，讨论了双目全景视觉系统的图像匹配问题。

梁燕华，黑龙江科技大学电气与控制工程学院副教授，美国印第安纳大学-普渡大学联合学院（IUPUI）访学学者。主要研究领域为智能控制、环境感知与矿山安全监控等。蔡成涛，哈尔滨工程大学智能科学与工程学院教授，加拿大国家研究院（NRC）、美国休斯敦大学（UH）、印第安纳与普渡联合大学（IUPUI）访问学者。主要研究领域为模式识别与智能系统、环境感知与无人系统、图像处理及机器视觉等。

第1章 绪论
1.1 背景及意义 
1.2 折反射式全景视觉研究现状 
1.2.1 折反射式全景视觉系统建模研究现状 
1.2.2 全景图像展开算法研究现状 
1.2.3 折反射式全景视觉系统标定技术研究现状 
1.2.4 全景立体视觉研究现状 
1.3 折反射式全景视觉系统应用场景 
折反射式全景视觉系统设计篇 
第2章 折反射式全景视觉系统成像模型及图像展开技术 
2.1 概述 
2.2 折反射式全景视觉系统成像模型 
2.2.1 单视点折反射式全景视觉系统组成 
2.2.2 折反射式全景视觉系统光路跟踪成像原理 
2.3 单视点折反射式全景视觉系统统一成像模型 
2.3.1 单视点全景图像成像过程 
2.3.2 单视点全景图像等效成像过程 
2.3.3 球面统一成像模型 
2.4 折反射式全景图像还原展开技术 
2.4.1 柱面展开算法 
2.4.2 透视展开算法 
2.4.3 全景图像展开结果及分析 
第3章 折反射式全景视觉系统标定技术 
3.1 概述 
3.2 基于模板的折反射式全景视觉系统标定技术 
3.2.1 基于坐标纸的系统标定方法 
3.2.2 基于坐标纸的全景系统参数标定试验 
3.3 基于图像的折反射式全景视觉系统空间参数估计 
3.3.1 基于图像的折反射式全景视觉系统空间参数估计原理 
3.3.2 基于图像的折反射式全景视觉系统空间参数估计实验 
折反射式全景视觉系统分析篇 
第4章 折反射式全景视觉图像质量优化技术 
4.1 概述 
4.2 折反射式全景视觉图像质量特征分析 
4.3 基于PSF的图像模糊模型研究 
4.4 图像降质过程建模分析 
4.3.1 点扩散函数模型及其辨识方法 
4.3.2 噪声模型及其辨识方法 
4.3.3 降质模型离散化方法 
4.4 全景图像点扩散函数建模方法 
4.4.1 点扩散函数模型先验知识的获得 
4.4.2 全景图像径向移变PSF建模方法 
4.5 实验结果与分析 
第5章 全景图像超分辨率重建技术 
5.1 概述 
5.2 基于凸集投影超分辨率图像重建 
5.2.1 凸集与凸集投影描述 
5.2.2 凸集投影图像重建算法 
5.3 基于Tikhonov-POCS全景图像SR重建 
5.3.1 Tikhonov正则化 
5.3.2 Tikhonov-POCS重建算法 
5.3.3 Tikhonov-POCS算法统计学特性分析 
5.4 仿真与实验分析 
第6章 双目全景立体视觉特征匹配技术研究 
6.1 概述 
6.2 基于SIFT的折反射式全景视觉图像特征提取与匹配方法研究 
6.2.1 尺度空间的生成 
6.2.2 局部极值点检测 
6.2.3 特征点方向分配 
6.2.4 特征向量的生成 
6.2.5 特征匹配准则 
6.3 基于SIFT算法的全景图像特征提取及匹配试验 
6.3.1 实验的软件结构及流程 
6.3.2 SIFT特征提取及匹配实验 
6.3.3 实验结果分析 
6.4 基于改进SIFT算法的全景图像特征提取及匹配 
6.4.1 去除无效区域 
6.4.2 去除错误匹配 
第7 章 全景立体视觉系统空间定位技术 
7.1 概述 
7.2 全景立体视觉系统定位算法 
7.2.1 全景立体视觉系统结构模式 
7.2.2 全景立体视觉系统测距原理 
7.3 全景立体视觉系统标定与立体校正 
7.3.1 单视点全景摄像机标定算法 
7.3.2 全景立体视觉系统对极几何 
7.3.3 基于本质矩阵的全景立体视觉系统标定 
7.3.4 全景立体视觉校正技术 
7.4 立体匹配算法 
7.5 实验结果及分析 
7.5.1 全景摄像机标定 
7.5.2 全景立体视觉系统标定 
7.5.3 立体校正及三维计算 
折反射式全景视觉系统应用篇 
第8章 基于折反射式全景视觉的目标识别和跟踪技术 
8.1 概述 
8.2 基于Mean Shift的目标跟踪算法 
8.2.1 Mean Shift理论 
8.2.2 Mean Shift目标跟踪算法 
8.3 基于鉴别模型的目标跟踪算法 
8.3.1 目标特征选择 
8.3.2 多特征相似性度量 
8.3.3 权重和峰值差特征鉴别方法 
8.4 基于鉴别模型的目标跟踪改进算法研究 
8.4.1 目标跟踪算法关键技术分析 
8.4.2 全景视频自适应目标跟踪算法 
8.5 目标跟踪算法对比实验及结果分析 
第9章 基于折反射式全景视觉的旋翼共锥度测量技术研究 
9.1 概述 
9.1 直升机旋翼共锥度测量的主要方法 
9.2 基于折反射式全景视觉的旋翼共锥度测量原理分析 
9.3 折反射式全景视觉系统参数对空间测量分辨率的影响分析 
9.3.1 双曲面反射镜参数对镜头焦距的影响分析 
9.3.2 固定参数情况下，对空间垂直距离的分辨能力分析 
9.3.3 固定参数情况下，对空间水平距离的分辨能力分析 
9.3.4 双曲面反射镜参数变化对空间距离的分辨能力分析 
9.3.5 空间物体在折反射式全景视觉系统的成像尺度分析 
9.4 基于折反射式全景视觉的旋翼模拟共锥度测量试验系统设计 
9.5 基于图像矩的旋翼亚像素边缘提取算法研究 
9.5.1 基于Zernike矩的亚像素边缘提取算法原理 
9.5.2 旋翼边缘亚像素提取试验 
第10章 基于立体折反射式全景视觉的目标跟踪及定位技术 
10.1 概述 
10.2 运动目标检测算法研究 
10.2.1 运动目标检测过程概述 
10.2.2 运动目标检测常用算法 
10.3 基于分区自适应的差分图像阈值化算法 
10.3.1 OTSU自动二值化阈值选取 
10.3.2 双阈值差分图像阈值化算法 
10.4 目标跟踪定位实验及结果分析 
10.4.1 全景图像有效区域设置及抗遮挡处理 
10.4.2 运动目标检测实验 
10.4.3 目标跟踪定位实验1 
10.4.4 目标跟踪定位实验2 
展    望 
参考文献