專利名稱：一種基于雙目立體視覺的測距方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測距方法，更具體的說是一種基于雙目立體視覺的測距方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雙目立體視覺測距法是一種被動測距方法，該方法是模仿人類利用雙目感知距離的一種測距方法。其主要是運用兩臺攝像機(jī)對公共視野范圍內(nèi)同一物體在不同位置成像獲得立體相對，并根據(jù)成像視差測量物體的距離信息?，F(xiàn)有的雙目立體視覺測距系統(tǒng)都是通過單一源的可見光圖像傳感器實現(xiàn)的。然而當(dāng)遭遇大霧、下雨等能見度比較低的惡劣天氣或其它復(fù)雜環(huán)境時，僅僅依靠一對可見光攝像機(jī)實現(xiàn)目標(biāo)測距是比較困難的。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，多傳感器技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。如果能夠在可見光攝像機(jī)基礎(chǔ)上融合其它類型傳感器信息，就可以為復(fù)雜環(huán)境下的目標(biāo)測距提供更加豐富的信息。2011年浙江理工大學(xué)王雷雷的碩士論文《基于可見光與紅外汽車夜視系統(tǒng)目標(biāo)測距》中提出了一種主動紅外的雙目視覺測距系統(tǒng)。這種主動紅外攝像機(jī)通過紅外燈發(fā)出紅外線，利用CXD或CMOS感受紅外光的光譜(即可以感受可見光，也可以感受紅外光)，配合紅外燈作為“照明源”實現(xiàn)成像。由此可見，該系統(tǒng)需要由紅外燈發(fā)射紅外光照射目標(biāo)才能由CXD或CMOS觀察到，因此需要攜帶紅外探照燈和額外的電源；并且該系統(tǒng)的作用距離還受限于紅外探照燈的功率，因此主動式紅外探測器適用于室內(nèi)。使用于室外時，受環(huán)境氣候影響較大。如遇霧天、下雪、下雨、刮風(fēng)沙等惡劣天氣時，能見度下降，作用距離因此而縮短。此夕卜，其接受光譜的設(shè)備CCD或CMOS依然是可見光攝像機(jī)。不同于主動紅外探測器，熱像儀是一種對物體散發(fā)出的紅外線進(jìn)行感光成像的設(shè)備，可以將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像上的不同顏色代表被測物體的不同溫度，因此并不需要額外的光源。熱像儀采集的圖像具有很好的云霧穿透、以及特殊的識別偽裝的能力。而可見光`攝像機(jī)有較高的時空分辨率，所成的圖像含有豐富的幾何和紋理細(xì)節(jié)。這兩種圖像的信息具有互補(bǔ)性，冗余性，可以利用它們來改變實際應(yīng)用中單一成像傳感器的不足，從而有效拓展目標(biāo)檢測的空間和時間覆蓋范圍，提高系統(tǒng)的空間分辨率以及目標(biāo)檢測和抗干擾能力。因此如果能夠利用紅外-可見光圖像實現(xiàn)雙目測距可以提高圖像的信息量，提供目標(biāo)的位置信息，這對于復(fù)雜背景條件下目標(biāo)跟蹤、事先預(yù)警等是非常有意義的。傳統(tǒng)的雙目測距方法是利用兩臺性能參數(shù)完全一致的可見光攝像機(jī)，將其置于平行攝像模式，根據(jù)三角形原理求解目標(biāo)的距離信息。此外，雖然立體平行攝像系統(tǒng)成像模型簡單便于計算，可是不允許攝像機(jī)左右旋轉(zhuǎn)，從而大大減小了攝像機(jī)的等效視界，甚至?xí)斐擅^(qū)。理論上，對于立體視覺而言只要兩臺攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)(焦距、主點等)及外參數(shù)(兩臺攝像機(jī)的相對位置關(guān)系)已知，即可根據(jù)透視投影矩陣實現(xiàn)三維重建從而獲取空間任意點的三維空間坐標(biāo)。這樣即可不受視野限制，擴(kuò)大系統(tǒng)的測距范圍。此外，如果兩臺攝像機(jī)相對位置關(guān)系為已知更可以大大降低雙目測距的難度。實際上，兩臺攝像機(jī)的相對位置通常是指兩個鏡頭光心的相對位置。然而鏡頭光心并不是一個明確定義的不變的物理位置，它看不見摸不著，經(jīng)常隨著鏡頭焦距的變換或者鏡頭位置的變化而移動，因此實際操作中很難測量光心到各個點的距離。目前主要通過標(biāo)定算法對攝像系統(tǒng)進(jìn)行精確標(biāo)定獲取外參數(shù)。然而精確的標(biāo)定算法大多需要借助額外的標(biāo)定模板，操作復(fù)雜，耗時較長，而且一旦攝像系統(tǒng)的任意參數(shù)發(fā)生變化就需要重新標(biāo)定，只適用于攝像機(jī)固定的場所。因此如果能夠簡單獲取攝像機(jī)的相對位置關(guān)系將大大降低測距系統(tǒng)的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是一種避免重復(fù)標(biāo)定攝像系統(tǒng)參數(shù)的基于雙目立體視覺的測距方法，該方法主要用于計算機(jī)視覺領(lǐng)域。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種基于雙目立體視覺的測距方法，該方法通過旋轉(zhuǎn)左右兩臺攝像機(jī)來實現(xiàn)匯聚模式下的測距，包括以下步驟:步驟1、設(shè)置兩個固定點Rl和R2，并測量這兩個固定點之間的垂直間距t和水平間距r，將旋轉(zhuǎn)前左光心O1與固定點Rl的連接線圍繞著固定點Rl旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)前右光心O2與固定點R2的連接線圍繞著固定點R2旋轉(zhuǎn)使得旋轉(zhuǎn)后的兩個光軸相交；其中，旋轉(zhuǎn)前兩個光軸平行；步驟2、采集一組圖像，并在交匯視野范圍內(nèi)任選三個空間參考點Q1、Q2、Q3，分別確定三個空間參考點在左視圖中的橫坐標(biāo)和右視圖中的橫坐標(biāo)，并測量三個空間參考點與固定點Rl之間的水平距離和垂直距離；步驟3、根據(jù)三角形的相似原理，構(gòu)建上述三個空間參考點與固定點Rl構(gòu)成的透視投影關(guān)系1 型；步驟4、利用步驟3建立的三個空間參考點與固定點Rl構(gòu)成的透視投影關(guān)系模型來確定固定點Rl與旋轉(zhuǎn)前左光心O1之間的垂直間距nl和水平間距ml、固定點R2與旋轉(zhuǎn)前右光心O2之間的垂直間距n2和水平間距m2、左鏡頭的主點橫坐標(biāo)Utjl和右鏡頭的主點橫坐標(biāo)Utj2 ；步驟5、選取待測目標(biāo)點P，并根據(jù)步驟4中獲得的固定點Rl與旋轉(zhuǎn)前左光心O1之間的垂直間距nl和水平間距ml以及固定點R2與旋轉(zhuǎn)前右光心O2之間的垂直間距n2和水平間距m2、左鏡頭的主點橫坐標(biāo)Utjl和右鏡頭的主點橫坐標(biāo)Utj2來確定待測目標(biāo)點P在以固定點Rl為原點的坐標(biāo)系下的距離關(guān)系即待測目標(biāo)點P與固定點Rl之間的水平間距X。和垂直距離W、待測目標(biāo)點P到固定點Rl的直線距離I1、待測目標(biāo)點P到固定點Rl的水平間距Xtl與待測目標(biāo)P到固定點Rl的直線距離I1的夾角Θ。進(jìn)一步地優(yōu)選方案，本發(fā)明基于雙目立體視覺的測距方法中，所述步驟3中建立的三個空間參考點與固定點Rl構(gòu)成的透視投影關(guān)系模型如下:
權(quán)利要求
1.一種基于雙目立體視覺的測距方法，該方法通過旋轉(zhuǎn)左右兩臺攝像機(jī)來實現(xiàn)匯聚模式下的測距，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、設(shè)置兩個固定點Rl和R2，并測量這兩個固定點之間的垂直間距t和水平間距r，將旋轉(zhuǎn)前左光心O1與固定點Rl的連接線圍繞著固定點Rl旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)前右光心O2與固定點R2的連接線圍繞著固定點R2旋轉(zhuǎn)使得旋轉(zhuǎn)后的兩個光軸相交；其中，旋轉(zhuǎn)前兩個光軸平行； 步驟2、采集一組圖像，并在交匯視野范圍內(nèi)任選三個空間參考點Qp Q2、Q3,分別確定三個空間參考點在左視圖中的橫坐標(biāo)和右視圖中的橫坐標(biāo)，并測量這三個空間參考點與固定點Rl之間的水平距離和垂直距離； 步驟3、根據(jù)三角形的相似原理，構(gòu)建上述三個空間參考點與固定點Rl構(gòu)成的透視投影關(guān)系1 型； 步驟4、利用步驟3建立的三個空間參考點與固定點Rl構(gòu)成的透視投影關(guān)系模型來確定固定點Rl與旋轉(zhuǎn)前左光心O1之間的垂直間距nl和水平間距ml、固定點R2與旋轉(zhuǎn)前右光心O2之間的垂直間距n2和水平間距m2、左鏡頭的主點橫坐標(biāo)Utjl和右鏡頭的主點橫坐標(biāo)U02 ; 步驟5、選取待測目標(biāo)點P，并根據(jù)步驟4中獲得的固定點Rl與旋轉(zhuǎn)前左光心O1之間的垂直間距nl和水平間距ml以及固定點R2與旋轉(zhuǎn)前右光心O2之間的垂直間距n2和水平間距m2、左鏡頭的主點橫坐標(biāo)Utjl和右鏡頭的主點橫坐標(biāo)Utj2來確定待測目標(biāo)點P在以固定點Rl為原點的坐標(biāo)系下的距離關(guān)系即待測目標(biāo)點P與固定點Rl之間的水平間距Xtl和垂直距離Ζ(Ι1、待測目標(biāo)點P到固定點Rl的直線距離I1、待測目標(biāo)點P到固定點Rl的水平間距X。與待測目標(biāo)P到固定點Rl的直線距離I1的夾角Θ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目立體視覺的測距方法，其特征在于，所述步驟3中建立的三個空間參考點與固定點Rl構(gòu)成的透視投影關(guān)系模型如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目立體視覺的測距方法，其特征在于，所述步驟5中利用下式確定待測目標(biāo)點P在以固定點Rl為原點的坐標(biāo)系下的距離關(guān)系:
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于雙目立體視覺的測距方法，其特征在于，所述三個空間參考點與固定點Rl構(gòu)成的透視投影關(guān)系模型中的三個參考點Q1、Q2、Q3到固定點R1的水平距離XtlOO和垂直距離ZtllGO通過測量得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于雙目立體視覺的測距方法，其特征在于，所述三個空間參考點與固定點Rl構(gòu)成的透視投影關(guān)系模型中的三個參考點Q1、Q2、Q3到固定點R1的水平距離XtlOO和垂直距離ZtllGO通過下式確定:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目立體視覺的測距方法，其特征在于，所述步驟5中待測目標(biāo)點P的選取范圍為步驟2中采集的一組圖像內(nèi)選取或重新采集一組圖像并在該圖像中選取。
7.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任意一項所述測距方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括兩臺攝像裝置、左轉(zhuǎn)臺和右轉(zhuǎn)臺，所述兩臺攝像裝置分別設(shè)置在左轉(zhuǎn)臺和右轉(zhuǎn)臺上，將左轉(zhuǎn)臺和右轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)中心作為兩個固定點，通過旋轉(zhuǎn)左右轉(zhuǎn)臺使得兩臺攝像裝置實現(xiàn)交匯模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測距系統(tǒng)，其特征在于:所述兩臺攝像裝置分別為熱像儀和可見光CXD攝像機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測距系統(tǒng)，其特征在于:所述兩臺攝像裝置均為可見光CCD攝像機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測距系統(tǒng)，其特征在于:所述兩臺攝像裝置均為熱像儀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙目立體視覺的測距方法及系統(tǒng)，該方法通過獲得兩個固定點之間的位置關(guān)系從而轉(zhuǎn)換為以一個固定點為原點構(gòu)建測距模型，根據(jù)該模型通過簡單的標(biāo)定即可獲取未知參數(shù)，實現(xiàn)目標(biāo)測距；同時利用熱像儀與可見光CCD攝像機(jī)組成的異源測距，提高了紅外-可見光圖像的信息量，提供了目標(biāo)的位置信息。
文檔編號G01C3/14GK103245322SQ201310121750
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者曹力, 陳文 申請人:南京航空航天大學(xué)