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一種主動(dòng)測(cè)距方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種主動(dòng)測(cè)距方法及系統(tǒng)，所述主動(dòng)測(cè)距方法包括如下步驟：S1、使用近紅外光源在被測(cè)物體上投射出矩形光斑；S2、使用成像參數(shù)相同的雙目攝像頭，同步獲得被測(cè)物體表面的兩幅成像圖像；S3、定位出所述矩形光斑在所述兩幅成像圖像中的位置；S4、根據(jù)如下公式確定被測(cè)物體的距離。本發(fā)明的主動(dòng)測(cè)距方法及系統(tǒng)，利用微投影儀投出的近紅外光光斑作為標(biāo)定，不會(huì)因?yàn)槟繕?biāo)特征較少而導(dǎo)致圖像失配，抗干擾性強(qiáng)，確保了測(cè)距的準(zhǔn)確性，近紅外光光斑得到的圖像對(duì)比度很高，系統(tǒng)只需對(duì)獲取圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的掃描處理即可獲得標(biāo)定光斑成像位置，而不用對(duì)圖像進(jìn)行特征提取和匹配，計(jì)算量小，因此測(cè)距效率高，實(shí)時(shí)性非常好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種主動(dòng)測(cè)距方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種基于雙目攝像頭和微型投影儀 的主動(dòng)測(cè)距方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 雙目視覺(jué)測(cè)距是一種高效、非接觸性的先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)，在機(jī)器人引導(dǎo)、交通、軍事、 醫(yī)學(xué)診斷及工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。而目前使用的雙目視覺(jué)測(cè)距多屬于被動(dòng)測(cè) 距方法，亦即由兩個(gè)攝像頭同步獲得兩幅圖像，再根據(jù)立體視覺(jué)原理，利用圖像匹配算法， 定位出公共視野范圍內(nèi)同一物體在不同位置的成像，從而計(jì)算出兩幅圖像的相關(guān)度及重合 率，然后利用三維位置信息推算出被測(cè)物體的距離。
[0003] 201310202663. 7號(hào)中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種應(yīng)用雙目視覺(jué)視差測(cè)距原理的距離測(cè)量 方法，通過(guò)采用不同的基線長(zhǎng)度來(lái)適應(yīng)不同距離測(cè)量范圍的測(cè)量精度要求，適用于近距離 小部件的精確尺寸測(cè)量，該發(fā)明基于傳統(tǒng)的雙目測(cè)量方法，針對(duì)一對(duì)光軸平行并排位置擺 放的攝像頭，對(duì)兩幅圖像中任意兩個(gè)待測(cè)可視化點(diǎn)分別作一個(gè)與兩光軸垂直的平面，通過(guò) 雙目視覺(jué)視差與深度的反比例關(guān)系來(lái)獲得兩待測(cè)點(diǎn)的深度值，根據(jù)待測(cè)點(diǎn)深度值和攝像頭 的焦距信息求出兩待測(cè)點(diǎn)到光心的距離以及兩待測(cè)點(diǎn)到光心連線之間的夾角，然后由余弦 定理便可求出兩點(diǎn)之間的實(shí)際距離。該方法具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、精度高的優(yōu)勢(shì)，易于 普及利用。
[0004] 200810000644. 5號(hào)中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種新型雙目測(cè)距法，該測(cè)距法的硬件主要包 括兩個(gè)焦距不同的攝像頭、圖像采集卡、攝像頭控制電機(jī)和主控計(jì)算機(jī)。根據(jù)三角形的相似 原理，以及焦距、物距和象距的關(guān)系公式推導(dǎo)出被測(cè)物體的距離和尺寸計(jì)算公式。利用兩個(gè) 焦距不同的攝像頭對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行成像，得到兩個(gè)尺度不同的圖像，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)相應(yīng) 算法算出被測(cè)物體在兩個(gè)圖像中的不同尺寸，將這兩個(gè)不同的尺寸代入計(jì)算公式，就可以 得到被測(cè)物體的距離和尺寸信息。該方法使機(jī)器人同時(shí)擁有望遠(yuǎn)鏡和廣角鏡效果，提高其 感知世界的深度和廣度，根據(jù)該方法的原理公式，不用測(cè)出象距就可以計(jì)算出物體的距離 信息，從而節(jié)省了位移傳感器的使用，降低了成本。
[0005] 上述雙目測(cè)距技術(shù)都要求具有較大的數(shù)據(jù)處理能力以完成的相關(guān)的較大運(yùn)算量， 進(jìn)行實(shí)時(shí)性的、連續(xù)性的測(cè)距效果較差，此類(lèi)被動(dòng)的雙目測(cè)距方法依賴(lài)于被測(cè)物體的特征 豐富程度(如幾何形狀、紋理特征等)，如果被測(cè)物體的特征較少甚至沒(méi)有，那么將無(wú)法完成 圖像特征的提取、物體的定位，從而導(dǎo)致圖像失配，最終導(dǎo)致無(wú)法完成測(cè)距。
[0006] 同時(shí)，主動(dòng)視覺(jué)測(cè)距技術(shù)也有相關(guān)報(bào)道，201210134246. 9號(hào)中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種 可移動(dòng)平臺(tái)的主動(dòng)視覺(jué)測(cè)距系統(tǒng)，包括設(shè)置在所述的移動(dòng)平臺(tái)上的攝像機(jī)，所述的攝像機(jī) 內(nèi)設(shè)置鏡頭和圖像傳感器，還包括設(shè)置在所述的移動(dòng)平臺(tái)上的激光投射器，還包括進(jìn)行集 中控制的電子控制裝置，所述的電子控制裝置與所述的攝像機(jī)和激光投射器連接，所述的 激光投射器發(fā)射線性結(jié)構(gòu)光可經(jīng)過(guò)前方障礙物反射以后，經(jīng)過(guò)所述的鏡頭投影在所述的圖 像傳感器上。所述的激光投射器在所述的電子控制裝置的控制下可上下轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的鏡頭 的光軸設(shè)置與所述的激光投射器的中心軸線位于同一平面，所述的激光投射器發(fā)射的線性 結(jié)構(gòu)光設(shè)置在水平方向。所述的電子控制裝置設(shè)置內(nèi)部設(shè)置主動(dòng)視覺(jué)測(cè)距算法，
[0007] 通過(guò)所述的主動(dòng)視覺(jué)測(cè)距算法可測(cè)量前方障礙物和臺(tái)階的距離。此類(lèi)測(cè)距技術(shù)仍 然具有運(yùn)算量大，實(shí)時(shí)性和連續(xù)性差等問(wèn)題，并且，基于攝像機(jī)內(nèi)置鏡頭來(lái)感知激光投射器 投射的激光點(diǎn)的方式，其靈敏度也會(huì)受到影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有雙目測(cè)距技術(shù)運(yùn)算量大，實(shí)時(shí)性、連續(xù) 性、主動(dòng)性差等問(wèn)題，針對(duì)現(xiàn)有主動(dòng)測(cè)距技術(shù)運(yùn)算量大，實(shí)時(shí)性、連續(xù)性、靈敏度差等問(wèn)題， 提供了一種主動(dòng)測(cè)距方法及系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案為：提供了一種主動(dòng)測(cè)距方法，所述方法包括如 下步驟：
[0010] S1、使用近紅外光源在被測(cè)物體上投射出矩形光斑；
[0011] S2、使用成像參數(shù)相同的雙目攝像頭，同步獲得被測(cè)物體表面的兩幅成像圖像；
[0012] S3、定位出所述矩形光斑在所述兩幅成像圖像中的位置；
[0013] S4、根據(jù)如下公式確定被測(cè)物體的距離h，
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種主動(dòng)測(cè)距方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 51、 使用近紅外光源在被測(cè)物體上投射出矩形光斑； 52、 使用成像參數(shù)相同的雙目攝像頭，同步獲得被測(cè)物體表面的兩幅成像圖像； 53、 定位出所述矩形光斑在所述兩幅成像圖像中的位置； 54、 根據(jù)如下公式確定被測(cè)物體的距離h，
其中，c為所述雙目攝像頭的兩個(gè)攝像頭鏡頭安裝的距離，Μ為所述兩幅成像圖像在橫 方向上的像素總個(gè)數(shù)，a'、b'為矩形光斑分別在所述兩幅成像圖像中的對(duì)應(yīng)位置，β為 所述雙目攝像頭的兩個(gè)攝像頭視角的半角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，使用的所述雙目攝像頭前 安裝有近紅外濾光片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述近紅外濾光片采用的通帶中心波長(zhǎng) 與所述近紅外光源的波長(zhǎng)相匹配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述近紅外濾光片采用的通帶中心波長(zhǎng) 為 850nm、880nm、940nm 或者 950nm 中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3進(jìn)一步包括： 531、 逐行掃描所述兩幅成像圖像的像素點(diǎn)； 532、 將當(dāng)前像素點(diǎn)的像素值與前一像素點(diǎn)的像素值進(jìn)行差分，當(dāng)差分值小于設(shè)定的第 一閾值，繼續(xù)進(jìn)行下一像素點(diǎn)的掃描；當(dāng)差分值大于設(shè)定的第一閾值，記錄下當(dāng)前像素點(diǎn)位 置，轉(zhuǎn)入下一行像素點(diǎn)的掃描； 533、 當(dāng)所記錄的像素點(diǎn)數(shù)量達(dá)到設(shè)定的第二閾值時(shí)結(jié)束掃描； 534、 根據(jù)所記錄下的像素點(diǎn)位置，確定矩形光斑分別在第一攝像頭和第二攝像頭的成 像圖像中的對(duì)應(yīng)位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3進(jìn)一步包括： 531 '、逐行掃描第一攝像頭和第二攝像頭的成像圖像的像素點(diǎn)； 532 '、將當(dāng)前像素點(diǎn)的像素值與設(shè)定的第三閾值比較，當(dāng)前像素點(diǎn)的像素值小于設(shè)定 的第三閾值時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行下一像素點(diǎn)的掃描；當(dāng)前像素點(diǎn)的像素值大于設(shè)定的第三閾值時(shí)， 記錄下當(dāng)前像素點(diǎn)位置，轉(zhuǎn)入下一行像素點(diǎn)的掃描； 533 '、當(dāng)所記錄的像素點(diǎn)數(shù)量達(dá)到設(shè)定的第四閾值時(shí)結(jié)束掃描； 534 '、根據(jù)所記錄下的像素點(diǎn)位置，確定矩形光斑分別在第一攝像頭和第二攝像頭的 成像圖像中的對(duì)應(yīng)位置。
7. -種主動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括CPU、成像參數(shù)相同的雙目攝像頭、 投影儀，所述雙目攝像頭和所述投影儀分別與所述CPU電氣連接，其中， 所述投影儀用于使用近紅外光源在被測(cè)物體上投射出矩形光斑； 所述雙目攝像頭用于同步獲得被測(cè)物體表面的兩幅成像圖像； 所述CPU用于定位出所述矩形光斑在所述兩幅成像圖像中的位置，并根據(jù)如下公式確 定被測(cè)物體的距離h，
其中，C為所述雙目攝像頭的兩個(gè)攝像頭鏡頭安裝的距離，Μ為所述兩幅成像圖像在橫 方向上的像素總個(gè)數(shù)，a'、b'為矩形光斑分別在所述兩幅成像圖像中的對(duì)應(yīng)位置，β為 所述雙目攝像頭的兩個(gè)攝像頭視角的半角。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的主動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，使用的所述雙目攝像頭前安裝 有近紅外濾光片。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的主動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述近紅外濾光片采用的通帶 中心波長(zhǎng)與所述近紅外光源的波長(zhǎng)相匹配。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的主動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述近紅外濾光片采用的通帶 中心波長(zhǎng)為850nm、880nm、940nm或者950nm中的一種。
【文檔編號(hào)】G01C3/00GK104154898SQ201410169550
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】但果, 易羽, 陳子豪, 陳思平 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)