[發明專利]基于激光二極管光源的主動三維立體全方位視覺傳感器

無效

• 申請號: 200910102186.0
• 申請日: 2009-08-20
• 公開（公告）號: CN101655347A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 湯一平;湯曉燕;俞立
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/25;H01S5/40;H01S5/02;H01S5/022;H01S5/042;G02B27/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司
• 代理人: 王 兵;王利強

技術領域

本發明涉及半導體激光器、光學技術、機械以及計算機視覺技術在立體視覺測量方面的應用，尤其是一種主動三維立體全方位視覺傳感器。

背景技術

基于計算機視覺的雙目立體視覺三維測量與立體重構技術，是一門新興的、極具發展潛力和實用價值的應用技術，可被廣泛應用于工業檢測、地理勘測、刑偵取證、保安識別、機器人視覺、無人駕駛等許多應用領域。

針對無人駕駛一般采用計算機視覺實現道路環境的感知，采用擬人控制算法實現車輛駕駛，要實現：(1)計算機視覺系統能夠自動適應環境光線變化；(2)計算機視覺系統能夠實時識別車道，識別頻率不低于25Hz；(3)計算機視覺系統能夠實時識別前方車輛型障礙，識別頻率不低于20Hz，相對距離誤差小于2m；(4)在高速公路上，能實現無人駕駛自動巡航功能，車速不低于120km/h；(5)能夠實時感知車輛周圍的全景狀態，并對危險情況及時實現報警和自動緊急制動。從上述指標來分析，用于無人駕駛的計算機視覺系統必須具備全景視覺能力、高的實時性、好的環境適應性、高的魯棒性。雖然機器視覺從出現已有200年的歷史，但其研究進展緩慢，目前已成為無人駕駛技術發展中的一個瓶頸。

實現對環境的感知立體視覺是不可缺少的，立體視覺的基本原理是從兩個視點觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，通過三角測量原理計算圖像像素間的位置偏差、即視差，來獲取景物的三維信息，這一過程與人類視覺的立體感知過程是類似的。

立體視覺測量中的關鍵是要實現同一被測物體在不同角度觀測的立體匹配，所謂的立體匹配是指根據對所選特征的計算，建立特征之間的對應關系，將同一個空間物理點在不同圖像中的映像點對應起來。立體匹配是立體視覺中最重要也是最困難的問題。當空間三維場景被投影為二維圖像時，同一景物在不同視點下的圖像會有很大不同，而且場景中的諸多因素，如光照條件，景物幾何形狀和物理特性、噪聲干擾和畸變以及攝像機特性等，都被綜合成單一的圖像中的灰度值。因此，要準確地對包含了如此之多不利因素的圖像進行無歧義的匹配，顯然是十分困難的，至今這個問題還沒有得到很好的解決。立體匹配的有效性有賴于三個問題的解決，即：選擇正確的匹配特征，尋找特征間的本質屬性及建立能正確匹配所選擇特征的穩定算法。

立體視覺測量是模仿人類利用雙目線索感知距離的方法，實現對三維信息的感知，在實現上采用三角測量的方法，運用兩個攝像機對同一物點從不同位置成像，并進而從視差中計算出距離。但是目前立體視覺的技術還無法達到全方位的實時感知，在攝像機標定、特征提取和立體圖像匹配方面還沒有得到很好的解決。

目前雙目立體視覺測量系統的一個局限性是焦距固定，由于一個固定的焦距只能在一定景深范圍內清晰拍攝圖像，因而限制了測試區域；標定技術還沒有很好解決，立體視覺測量系統在各種運動中變化參數是不可避免的，比如運輸過程中的震動、工作沖擊等的影響，而實際中又不可能總是放幾張棋盤在“眼前”進行標定，因而限制了許多應用；雙目立體視覺測量系統還沒有實現小型化、微型化，使得在機器人、航模等領域的應用受到限制；計算量大，難以進行實時處理，因而限制了實時目標辨識等應用；雙目視覺的對應點匹配歧異性大，造成了匹配的誤差，影響了匹配精度。

近年發展起來的全方位視覺傳感器全方位視覺傳感器(OmniDirectionalVisionSensors)為實時獲取場景的全景圖像提供了一種新的解決方案。全方位視覺傳感器的特點是視野廣(360度)，能把一個半球視野中的信息壓縮成一幅圖像，一幅圖像的信息量更大；獲取一個場景圖像時，全方位視覺傳感器在場景中的安放位置更加自由；監視環境時全方位視覺傳感器不用瞄準目標；檢測和跟蹤監視范圍內的運動物體時算法更加簡單；可以獲得場景的實時圖像。同時也為構建雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量系統提供了一個基本要素。