主動視角雙目測距系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及遠程測距技術領域，特別涉及一種主動視角雙目測距系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 在遠距離測距中目前常用的測距方法為激光測距或無線電測距，但激光測距和無 線電皆為主動測距方法，易被偵測反制。
[0003] 在被動視覺測距技術中，雙目測距方法應用廣泛，已有的測距方法應用較多的為 視角測距法和平行光軸測距法，前者結構復雜，體積龐大，后者測量距離受限。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了解決現有技術中視角測距法結構復雜，體積龐大，平行光軸測距法測量距離 受限的缺點，提出一種主動視角雙目測距系統(tǒng)及方法。
[0005] -種主動視角雙目測距系統(tǒng)，其包括如下單元：
[0006] 圖像獲取單元，用于通過檢測相機獲取雙目圖像；
[0007]目標區(qū)域截取單元，用于從雙目圖像中截取目標區(qū)域，截取的目標區(qū)域包括獲取 模板圖像和被測區(qū)域圖像；
[0008] 匹配單元，用于通過快速匹配算法匹配最佳匹配的目標圖像；
[0009] 視圖偏差計算單元，用于根據模板圖像、最佳匹配的目標圖像以及模板圖像、最佳 匹配的目標圖像與雙目圖像的坐標對應關系獲取雙目圖像之間的視圖偏差；
[0010]距離測量單元，用于根據視圖偏差、雙目相機成像點距離以及估算的第一參數、第 二參數建立主動視角測距模型，并根據主動視角測距模型對被測目標距離進行測量。
[0011] 在本發(fā)明所述的主動視角雙目測距系統(tǒng)中，
[0012] 所述目標區(qū)域截取單元包括：
[0013] 從雙目圖像的左目圖像的初始鎖定中心區(qū)域獲取模板圖像;從雙目圖像的右目圖 像的搜索中心區(qū)域獲取被測區(qū)域圖像。
[0014] 在本發(fā)明所述的主動視角雙目測距系統(tǒng)中，
[0015] 所述匹配單元包括：
[0016] 統(tǒng)計量獲取子單元，用于獲取左目圖像中模板圖像S的水平有序統(tǒng)計量Hm。和垂直 有序統(tǒng)計量Η?;
[0017]初始化子單元，用于令i = i;
[0018] 被測區(qū)域圖像獲取子單元，用于獲取左目圖像中被測區(qū)域圖像D(i);
[0019] 偏差值獲取子單元，用于計算S和D(i)的水平偏差值Aji)以及垂直偏差值 ⑴；
[0020] 跳轉判斷子單元，用于設置i = i+Ι，如果i >n，則跳轉到匹配子單元，否則跳轉到 被測區(qū)域圖像獲取子單元；
[0021 ]匹配子單元，用于在水平偏差值集合△。和垂直偏差值集合△ r中按預定規(guī)則搜索 水平最小偏差值Δ onin以及垂直最小偏差值Δ rmin;預定規(guī)則如下：
[0022]
[0023] 則D(k)即為最佳匹配的目標圖像。
[0024]在本發(fā)明所述的主動視角雙目測距系統(tǒng)中，
[0025] 所述距離測量單元中，主動視角測距模型如下：
[0026] kaLhri-2kbL = B，其中ka為第一參數，kb為第二參數，L為被測目標的距離，hri為像素 偏差，B為雙目相機成像點距離。
[0027]在本發(fā)明所述的主動視角雙目測距系統(tǒng)中，第一參數ka、第二參數kb通過最小二乘 估計方法進行估算。
[0028]本發(fā)明還提供一種主動視角雙目測距方法，其包括如下步驟：
[0029] S1、通過檢測相機獲取雙目圖像；
[0030] S2、從雙目圖像中截取目標區(qū)域，截取的目標區(qū)域包括獲取模板圖像和被測區(qū)域 圖像；
[0031] S3、通過快速匹配算法匹配最佳匹配的目標圖像；
[0032] S4、根據模板圖像、最佳匹配的目標圖像以及模板圖像、最佳匹配的目標圖像與雙 目圖像的坐標對應關系獲取雙目圖像之間的視圖偏差；
[0033] S5、根據視圖偏差、雙目相機成像點距離以及估算的第一參數、第二參數建立主動 視角測距模型，并根據主動視角測距模型對被測目標距離進行測量。
[0034]在本發(fā)明所述的主動視角雙目測距方法中，
[0035] 所述步驟S2包括：
[0036]從雙目圖像的左目圖像的初始鎖定中心區(qū)域獲取模板圖像;從雙目圖像的右目圖 像的搜索中心區(qū)域獲取被測區(qū)域圖像。
[0037]在本發(fā)明所述的主動視角雙目測距方法中，
[0038] 所述步驟S3包括：
[0039] S31、獲取左目圖像中模板圖像S的水平有序統(tǒng)計量Hm。和垂直有序統(tǒng)計量Hmr;
[0040] S32、令i = l;
[0041 ] S33、獲取左目圖像中被測區(qū)域圖像D(i);
[0042] S34、計算S和D(i)的水平偏差值Ac(i)以及垂直偏差值Ar(i);
[0043] S35、設置i = i+1，如果i >n，則跳轉到S36，否則跳轉到S33;
[0044] S36、在水平偏差值集合△。和垂直偏差值集合△ r中按預定規(guī)則搜索水平最小偏差 值A ?in以及垂直最小偏差值Δ rmin;預定規(guī)則如下：
[0045]
[0046] 則D(k)即為最佳匹配的目標圖像。
[0047]在本發(fā)明所述的主動視角雙目測距方法中，
[0048] 所述步驟S5中，主動視角測距模型如下：
[0049] kaLhri-2kbL = B，其中ka為第一參數，kb為第二參數，L為被測目標的距離，hri為像素 偏差，B為雙目相機成像點距離。
[0050] 在本發(fā)明所述的主動視角雙目測距方法中，第一參數ka、第二參數kb通過最小二乘 估計方法進行估算。
[0051] 實施本發(fā)明提供的主動視角雙目測距系統(tǒng)及方法具有以下有益效果:能夠突出圖 像模板和目標的形態(tài)特征，以提高特征識別的準確性，降低誤判率。在目標搜索中，采用一 維匹配、兩維確認的方法，提高搜索效率，縮短搜索時間。
【附圖說明】
[0052]圖1是本發(fā)明實施例的主動視角雙目測距系統(tǒng)結構框圖；
[0053]圖2是本發(fā)明實施例的主動視角雙目測距方法流程圖；
[0054]圖3為本發(fā)明實施例的硬件結構框圖；
[0055]圖4為目標區(qū)域截取示意圖；
[0056] 圖5為雙目采樣圖像；
[0057] 圖6為雙目圖像灰度直方圖；
[0058]圖7為雙目圖像三維形貌；
[0059]圖8為左目圖像0.25采樣圖像灰度形貌；
[0060]圖9為兩維有序統(tǒng)計值圖；
[0061 ] 圖10為主動視角測距原理圖；
[0062]圖11為偏差計算原理圖；
[0063]圖12為一般目標測距原理圖；
[0064]圖13為極限視角情況圖；
[0065]圖14為最大測量距離示意圖。
【具體實施方式】
[0066]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種主動視角雙目測距系統(tǒng)，主動視角雙目測距系 統(tǒng)實現的硬件圖如圖3所示。檢測相機1、檢測相機2用于獲取雙目圖像，電源板3用于為硬件 系統(tǒng)供電，TFT顯示器4用于顯示過程和結果，中央處理器5用于處理數據，參數調節(jié)板6用于 調節(jié)參數。主動視角雙目測距系統(tǒng)包括如下單元：
[0067] 圖像獲取單元10,用于通過檢測相機獲取雙目圖像；
[0068] 目標區(qū)域截取單元20，用于從雙目圖像中截取目標區(qū)域，截取的目標區(qū)域包括獲 取模板圖像和被測區(qū)域圖像。
[0069] 可選地，
[0070] 所述目標區(qū)域截取單元20包括：
[0071] 從雙目圖像的左目圖像的初始鎖定中心區(qū)域獲取模板圖像;從雙目圖像的右目圖 像的搜索中心區(qū)域獲取被測區(qū)域圖像。
[0072] 目標區(qū)域截取主要獲取模板圖像和被測區(qū)域圖像，以實現目標匹配。設模板圖像 為S，被測區(qū)域圖像為D，則S和D滿足如下條件。
[0073]
(1 )
[0074] 式中：
[0075] h-左目圖像；
[0076] Ir一右目圖像。
[0077] 在雙目測距中，模板圖像S從左目初始鎖定中心區(qū)域獲取，設左目圖像初始鎖定中 心為(xci，yci)，貝iJS為
[0078]
C2)
[0079] 式中：
[0080] dm-匹配尺度。
[0081] 測區(qū)域圖像D從右目圖像搜索中心區(qū)域獲取，設右目圖像搜索中心為(Xsr，ysr)，則 D為
[0082]
(3)
[0083]在一個完整搜索中，D搜索區(qū)域應該遍歷整個右目圖像，即
[0084]
(4)
[0085] 式中：
[0086] Wr一右目圖像寬度；
[0087] hr-右目圖像高度。
[0088] 在本雙目測距系統(tǒng)中，由于雙目相機平行安裝，且市場水平軸線同軸，因此模板圖 像從左目圖像水平軸中心獲取。
[0089]
(5；
[0090] 根據系統(tǒng)安裝特點，和模板區(qū)域匹配的被測區(qū)域能而且僅能出現在右目圖像水平 軸線上，因此被測圖像搜索中心滿足如下條件：
[0091]
(.6.)
[0092] 經過上述改進，檢測圖像提取區(qū)域大大縮小，有效抑制了匹配中冗余計算。
[0093]根據雙目測距原理，被測區(qū)域能而且僅能出現在模板坐標的右側，即實際可能搜 索區(qū)域內搜索中心滿足如下條件：
[0094]
(7)
[0095] 上式的D圖像獲取方法為理論最優(yōu)方法，該方法實現可能搜索區(qū)域的最小化，為整 個測距方法實時性奠定基礎。
[0096] 目標區(qū)域截取示意圖如圖4所示。
[0097]匹配單元30,用于通過快速匹配算法匹配最佳匹配的目標圖像。
[0098] 可選地，所述匹配單元30包括：
[0099]統(tǒng)計量獲取子單元，用于獲取左目圖像中模板圖像S的水平有序統(tǒng)計量Hm。和垂直 有序統(tǒng)計量Η?;
[0?00]初始化子單元，用于令;[=1;
[0101] 被測區(qū)域圖像獲取子單元，用于獲取左目圖像中被測區(qū)