【摘 要】人的雙眼視覺功能發(fā)生障礙缺乏立體視覺時，對外部空間的景物深度和距離就無法判斷，這樣的病癥稱為立體盲。立體盲是一種比夜盲、色盲更嚴重的眼科疾病。因此，設(shè)計一種快速準(zhǔn)確的立體視覺檢查系統(tǒng)具有十分重要的研究意義。本文研究了一種基于嵌入式的立體視覺檢查系統(tǒng)，實現(xiàn)了友好的人機交互界面和快速生成隨機點立體視覺檢查圖。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng)，立體視覺檢查，隨機點立體圖

一、前言

立體視覺是視覺器官準(zhǔn)確判斷物體在三維空間位置的感知功，為雙眼視覺的最高級形式。立體視覺也就是我們俗稱的“立體感”，是人眼辨別周圍物體間的距離、深度和體積的能力。本文在立體視覺檢查圖原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，采用隨機點立體圖生成技術(shù)，自動生成立體視覺檢查所需要的圖片，并實現(xiàn)友好的人機界面，實現(xiàn)立體視覺檢查的自動化。

二、系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)基本設(shè)計思想是運用機器視覺和圖像分析處理技術(shù)，圍繞嵌入式處理器構(gòu)建硬件開發(fā)平臺，然后通過Android軟件編寫實現(xiàn)上層人機交互界面，并根據(jù)機器視覺的算法自動生成隨機點立體圖將其顯示在分辨率顯示屏上，供檢查者觀察，從而達到立體視覺檢查的效果，實現(xiàn)了隨機立體圖檢查的自動化?；谝陨显O(shè)計思想，給出了相應(yīng)的系統(tǒng)功能框圖，如圖1.1所示。

（一）嵌入式系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)硬件平臺是整個疲勞檢測系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著嵌入式操作系統(tǒng)的載入，操作系統(tǒng)上層軟件的運行，為整個系統(tǒng)提供骨架。本系統(tǒng)采用基于Cortex-A9嵌入式微處理器并搭載高分辨率觸摸屏的嵌入式平臺，是一款比較適合Android系統(tǒng)的開發(fā)平臺。

（二）嵌入式系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計

嵌入式系統(tǒng)軟件環(huán)境的主要功能對嵌入式開發(fā)平臺系統(tǒng)的設(shè)備進行有效的操作，以及應(yīng)用程序功能的反映。軟件系統(tǒng)的設(shè)計主要包括Android操作系統(tǒng)移植，編寫圖形用戶界面程序以及實現(xiàn)相關(guān)的隨機點立體圖生成算法，并借助OpenCV的C++ API來進行設(shè)計。

三、隨機點立體圖生成原理及算法

立體視覺（也稱深度感）是視覺器官準(zhǔn)確判斷物體三維空間位置的感知能力，是建立在雙眼同時視和融合視功能基礎(chǔ)上的獨立的高級雙眼視功能。由于兩眼水平分開，物體在左右視網(wǎng)膜成像，位置上具有微小的不對應(yīng)差別，稱為雙眼視差（簡稱視差）。兩眼視網(wǎng)膜具有視差的二維圖像信息，經(jīng)視覺通路傳入大腦，進行復(fù)雜的信息加工，形成具有立體深度感的三維空間視覺。

隨機點立體圖象對是用立體視方法恢復(fù)景物三維信息一種常用的人造立體圖象時，它具有三維信息重建問題的一般性，如視差不連續(xù)、遮擋等，同時又具有結(jié)果的可知性的優(yōu)點，被廣泛地用于分析和驗證各種體視算法的性能優(yōu)劣。它是由隨機發(fā)生的點子所構(gòu)成的圖象對。用單眼觀察這兩幅圖象時，圖象看上去毫無規(guī)律，但借助立體鏡同時觀察它們時，它們就會融合起來，從而感知到那些具有明顯三維結(jié)構(gòu)的形狀和表面。

（一）立體視覺的原理

人兩眼從稍有不同的兩個角度去觀察客觀三維世界的景物，離觀察者不同距離的像點在左右兩眼視網(wǎng)膜上就不是相同的位置上。它反映了客觀景物的深度，設(shè)計一種漸進分離式隨機點立體圖軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)利用計算機多媒體技術(shù)并根據(jù)雙眼視差原理設(shè)計而成的。

1.漸進分離式隨機點立體圖的設(shè)計原理

漸進分離式隨機點立體圖（SRDS）也存在視差信息，但與隨機點立體圖（RDS）和周期性隨機點立體圖（PDRS）不同，它是由兩張大圖片和兩張小圖片組成，兩張大圖片分別由紅色隨機點和藍色隨機點組成，兩張小圖片分別與大圖片同樣圖形形狀的紅色小圖片和藍色小圖片組成，觀察時，戴上紅藍眼鏡，在左右視網(wǎng)膜上的影像僅是整個圖形的一部分，并且兩部分影像具有重疊部分。

2.算法描述

用計算機隨機產(chǎn)生兩張紅藍隨機點的圖片，用計算機的方向鍵移動兩張大圖片，并帶上紅藍眼鏡，具有正常雙眼視功能者在屏幕上將看到一個浮起在背景之上的幾何圖形的漸進分離式隨機點立體圖，即產(chǎn)生交叉立體視覺，隨著大圖片的逐漸分離，雙眼視差逐漸變小，視差越小，表明立體感越強。若要產(chǎn)生非交叉立體視覺，只要保持紅色及藍色大圖片的位置不變，用計算機的方向鍵移動兩張小圖片，并帶上紅藍眼鏡，具有正常雙眼視功能者在屏幕上將看到一個陷進在背景之下的幾何圖形的立體圖，即產(chǎn)生非交叉立視。

四、立體視覺檢查系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于人眼體視幾何對立體視覺感知的原理從而得到隨機點立體圖像對的生成算法，再通過軟件合成一張立體視覺檢查圖，通過配戴紅綠眼鏡來檢測立體視覺。在嵌入式系統(tǒng)平臺借助圖像處理模塊，應(yīng)用機器視覺的圖像分析處理技術(shù)的方法，并且Android的良好人機交互界面，可以實現(xiàn)立體視覺檢查的自動化。軟件設(shè)計主要完成隨機點立體圖模塊包含了隨機點立體圖的生成和檢查。在借鑒前人的研究成果的基礎(chǔ)上，增加靜態(tài)DRS圖中的隨機點可以根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)由程序?qū)崟r產(chǎn)生；紅綠隨機點成對產(chǎn)生，背景區(qū)和圖形區(qū)分別采用不同的方法產(chǎn)生，以便使圖形區(qū)浮現(xiàn)出來，產(chǎn)生立體效果；可以適用于多種不同尺寸和分辨率的觸摸顯示屏和硬件設(shè)備；隨機點的大小、形狀、顏色、亮度及視差可以隨意調(diào)整。

五、隨機點立體圖算法的實現(xiàn)

RDS中紅綠隨機點是成對產(chǎn)生的，紅點的坐標(biāo)是隨機生成的，綠點的坐標(biāo)則根據(jù)所在區(qū)域的不同來確定。左圖中隱含有右圖中的圖形，在圖形區(qū)域紅綠點對的橫坐標(biāo)有一個固定差值，背景區(qū)域紅綠點對的橫坐標(biāo)也有一個固定差值，圖形區(qū)域點對橫坐標(biāo)的差值大于背景區(qū)域點對的差值，形成視差，因而在配戴紅綠眼鏡觀察時，背景之上浮現(xiàn)出圖2.1中的圖形。

參考文獻：

[1]羅宇華.計算機視覺[M].北京：人民郵電出版社，1990.

[3]汪明霓.立體雙圖及其計算機輔助設(shè)計[J].杭州師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（7）.

作者簡介：胡平（1990.5-），陜西省商洛市，碩士研究生，專業(yè)：控制理論與控制工程。