主動視角雙目測距系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及遠(yuǎn)程測距技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002] 在遠(yuǎn)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(shù)中，雙目測距方法應(yīng)用廣泛，已有的測距方法應(yīng)用較多的為 視角測距法和平行光軸測距法，前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，后者測量距離受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中視角測距法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，平行光軸測距法測量距離 受限的缺點(diǎn)，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(jī)獲取雙目圖像；
[0007]目標(biāo)區(qū)域截取單元，用于從雙目圖像中截取目標(biāo)區(qū)域，截取的目標(biāo)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(biāo)圖像；
[0009] 視圖偏差計算單元，用于根據(jù)模板圖像、最佳匹配的目標(biāo)圖像以及模板圖像、最佳 匹配的目標(biāo)圖像與雙目圖像的坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)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(jù)視圖偏差、雙目相機(jī)成像點(diǎn)距離以及估算的第一參數(shù)、第 二參數(shù)建立主動視角測距模型，并根據(jù)主動視角測距模型對被測目標(biāo)距離進(jìn)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(biāo)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A(chǔ)ji)以及垂直偏差值 ⑴；
[0020] 跳轉(zhuǎn)判斷子單元，用于設(shè)置i = i+Ι，如果i >n，則跳轉(zhuǎn)到匹配子單元，否則跳轉(zhuǎn)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(yù)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(yù)定規(guī)則如下：
[0022]
[0023] 則D(k)即為最佳匹配的目標(biāo)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(shù)，kb為第二參數(shù)，L為被測目標(biāo)的距離，hri為像素 偏差，B為雙目相機(jī)成像點(diǎn)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(shù)ka、第二參數(shù)kb通過最小二乘 估計方法進(jìn)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(jī)獲取雙目圖像；
[0030] S2、從雙目圖像中截取目標(biāo)區(qū)域，截取的目標(biāo)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(biāo)圖像；
[0032] S4、根據(jù)模板圖像、最佳匹配的目標(biāo)圖像以及模板圖像、最佳匹配的目標(biāo)圖像與雙 目圖像的坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系獲取雙目圖像之間的視圖偏差；
[0033] S5、根據(jù)視圖偏差、雙目相機(jī)成像點(diǎn)距離以及估算的第一參數(shù)、第二參數(shù)建立主動 視角測距模型，并根據(jù)主動視角測距模型對被測目標(biāo)距離進(jìn)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A(chǔ)c(i)以及垂直偏差值A(chǔ)r(i);
[0043] S35、設(shè)置i = i+1，如果i >n，則跳轉(zhuǎn)到S36，否則跳轉(zhuǎn)到S33;
[0044] S36、在水平偏差值集合△。和垂直偏差值集合△ r中按預(yù)定規(guī)則搜索水平最小偏差 值A(chǔ) ?in以及垂直最小偏差值Δ rmin;預(yù)定規(guī)則如下：
[0045]
[0046] 則D(k)即為最佳匹配的目標(biāo)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(shù)，kb為第二參數(shù)，L為被測目標(biāo)的距離，hri為像素 偏差，B為雙目相機(jī)成像點(diǎn)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(shù)ka、第二參數(shù)kb通過最小二乘 估計方法進(jìn)行估算。
[0051] 實(shí)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(biāo)的形態(tài)特征，以提高特征識別的準(zhǔn)確性，降低誤判率。在目標(biāo)搜索中，采用一 維匹配、兩維確認(rèn)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(shí)施例的主動視角雙目測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0053]圖2是本發(fā)明實(shí)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(shí)施例的硬件結(jié)構(gòu)框圖；
[0055]圖4為目標(biāo)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(biāo)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(shí)施方式】
[0066]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)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(shí)現(xiàn)的硬件圖如圖3所示。檢測相機(jī)1、檢測相機(jī)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(jié)果，中央處理器5用于處理數(shù)據(jù)，參數(shù)調(diào)節(jié)板6用于 調(diào)節(jié)參數(shù)。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(jī)獲取雙目圖像；
[0068] 目標(biāo)區(qū)域截取單元20，用于從雙目圖像中截取目標(biāo)區(qū)域，截取的目標(biāo)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(biāo)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(biāo)區(qū)域截取主要獲取模板圖像和被測區(qū)域圖像，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)匹配。設(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)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(jī)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(jù)系統(tǒng)安裝特點(diǎn)，和模板區(qū)域匹配的被測區(qū)域能而且僅能出現(xiàn)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(jīng)過上述改進(jìn)，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(jù)雙目測距原理，被測區(qū)域能而且僅能出現(xiàn)在模板坐標(biāo)的右側(cè)，即實(shí)際可能搜 索區(qū)域內(nèi)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(shí)現(xiàn)可能搜索區(qū)域的最小化，為整 個測距方法實(shí)時性奠定基礎(chǔ)。
[0096] 目標(biāo)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(biāo)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)