[發明專利]基于單圖像的距離測定方法

無效

• 申請號: 200910050451.5
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101545774A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 楊錕誠;趙群飛;冶建科;涂意;韓靜亮
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G06N3/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種攝影設備技術領域的距離測定方法，具體是一種基于單圖像的距離測定方法。

背景技術

圖像中物體的距離信息即所拍攝物體到鏡頭的距離，在自動聚焦、三維重構等機器視覺相關領域中測定距離信息是非常重要的。距離測定方法一般可分為主動法和被動法。主動法包括紅外測距法、結構光法、摩爾條紋法等。被動法包括移動測距法、放縮法、散焦測距法。主動法的優點是精度高，抗干擾能力強，但它通過發出和接收光波進行測距，需要額外的設備，成本較高。而被動法測距精度低于主動法，但可僅通過拍攝圖像進行測距，不需要其他設備，成本較低。被動法中移動測距法、放縮法都需要拍攝多幅聚焦清晰的圖像才能測距，時間耗費較多，而散焦測距法不需要花時間聚焦。

經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利申請號：99100675.5，公開日為2000年8月16日，發明名稱：一種散焦聚距離測定方法。該發明提出一種散焦測距法，利用焦距固定的鏡頭拍攝散焦圖像，得到的圖像劃分區域，對每個區域進行傅立葉變換，并與多個已轉換到頻域的散焦函數的反函數相乘，選出高頻分量比例最高的結果，其散焦函數所對應的距離即為該區域的距離信息。該方法不足之處在于：1、只適用于焦距固定的鏡頭，不能應用在焦距可變的攝像設備上。2、對每一個圖像區域都需要進行傅立葉變換并與多個已轉換到頻域的散焦函數的反函數相乘然后挑選高頻分量比例最高的結果，計算量較大。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提出一種基于單圖像的距離測定方法。該方法能應用于焦距、光圈可變的設備上，測距只需要一幅散焦圖像，計算量不大，速度較快。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明使用單幅散焦圖像，提取圖像中的模糊邊緣，測出模糊邊緣寬度的近似值和模糊邊緣兩邊的灰度差，利用兩者與距離信息、焦距、光圈直徑的對應關系訓練BP神經網絡，然后用訓練好的BP神經網絡求取距離信息。

本發明包括以下步驟：

第一步，檢測圖像中模糊邊緣的位置。對于散焦圖像，在物體邊緣處會因為色彩擴散形成一個顏色過渡帶，即模糊邊緣。圖像灰度化后，模糊邊緣區域和噪聲區域都存在灰度值波動的情況，不同之處在于模糊邊緣區域的灰度值沿某個方向波動上升或下降，而噪聲區域在局部范圍內平均灰度值變化不大。如果使用一般的邊緣檢測算子，如Sobel算子、LOG算子等，當濾波窗口較小時，會把模糊邊緣和噪聲區域同時檢測出來，當濾波窗口較大時，計算量變得很大且效果也沒有較大的改善。

本發明中的模糊邊緣檢測方法，是指：首先，通過在橫向和縱向記錄某一點和后面若干點的灰度值上升或下降情況，然后，使用設定的閾值來判斷該點是否模糊邊緣的點，若是標記為白點，若不是標記為黑點，最后，模糊邊緣顯示為白點帶狀區域，能準確地找出模糊邊緣并過濾噪聲區域。

第二步，使用圓收縮法測量圖像中各處模糊邊緣寬度的近似值Q和模糊邊緣兩邊的灰度差C，具體是通過行列掃描找出白點帶狀區域，定位其在每一行/列的兩個邊界點，把它們的中點作為模糊邊緣在該行/列的中心，然后以該中心為圓心兩邊界點間距離為直徑畫輔助圓，輔助圓不斷收縮，直到內切于白點帶狀區域，這時輔助圓的直徑即該中心處的Q值，兩內切點的灰度差即該中心處的C值。

第三步，用格雷碼對Q、C、M(M＝fD/u，f為焦距，D為光圈直徑，u為距離信息)進行編碼，以Q、C為輸入，M為輸出訓練BP神經網絡。最后，輸入需要測距的圖像各處模糊邊緣的Q、C值，用訓練好的BP神經網絡得到輸出M并計算圖像各處的距離信息u。

與現有技術相比，本發明能應用于焦距、光圈可變的設備上，且只需要一幅散焦圖像，計算量不大，速度較快。

附圖說明

圖1為模糊邊緣形成的光路圖；

圖2為模糊邊緣檢測的流程圖；

圖3為模糊邊緣檢測的效果圖；

圖4為圓收縮法的流程圖；

圖5為圓收縮法的效果圖；

圖6為BP神經網絡的結構圖；

圖中：o：物體邊緣點，o’：更遠處的物體點，f：鏡頭焦距，u：o的距離信息，D：光圈直徑，X：主光軸，L：等效透鏡位置，P：清晰像位置，R：模糊邊緣寬度，S：像距，S’：CCD到等效透鏡的實際距離，Input：輸入層Hidden：隱含層，Output：輸出層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。