[發(fā)明專利]一種基于單相機(jī)的變焦測距方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010183102.3
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN101858741A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高宏偉;陳付國;于洋;姜月秋
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽理工大學(xué)
• 主分類號: G01C3/00
• 分類號: G01C3/00;G01C11/06
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標(biāo)代理有限公司 21209
• 代理人: 李樞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)立體視覺領(lǐng)域，具體的說是公開了一種基于單相機(jī)的變焦測距方法，提出了一種新的立體視覺模型，通過該模型可從二維圖像獲得深度信息。

背景技術(shù)

獲取場景中各點(diǎn)相對于攝像機(jī)的距離是計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的重要任務(wù)之一。目前比較成熟的視覺測距技術(shù)主要基于以下幾種模型：雙目立體視覺、結(jié)構(gòu)光法、幾何光學(xué)法。當(dāng)然還有很多特定環(huán)境下的應(yīng)用模型，這里不再敘述。

其中最為重要的就是雙目立體視覺模型，該模型由兩個(gè)完全相同的攝像機(jī)構(gòu)成，兩個(gè)攝像機(jī)在空間上存在著旋轉(zhuǎn)或平移關(guān)系。在這個(gè)模型中，場景中同一個(gè)特征點(diǎn)在兩個(gè)攝像機(jī)圖像平面上的成像位置不同，這兩個(gè)像點(diǎn)稱為匹配點(diǎn)對。我們稱兩個(gè)攝像機(jī)投影中心之間的距離為基線，兩幅圖像重疊時(shí)匹配點(diǎn)對之間的距離為視差。通過圖像處理中的立體匹配技術(shù)和視差計(jì)算，便可得到場景中物點(diǎn)的深度信息。

結(jié)構(gòu)光測距成像系統(tǒng)則使用三角測量原理來計(jì)算深度。在一個(gè)簡單的點(diǎn)投影系統(tǒng)中，投影光源儀和攝像機(jī)之間相距一個(gè)基線距離，通過確定場景點(diǎn)反射光源光后的成像位置和投影角等參數(shù)，就可獲得場景的深度信息。一般采用激光作為輔助光源。

幾何光學(xué)法主要包括聚焦法和離焦法。聚焦法的基本原理是通過調(diào)整攝像機(jī)的像距，使得成像平面相對于被測點(diǎn)處在聚焦位置，在焦距和像距已知的條件下，可通過透鏡成像公式求得物距。聚焦法原理比較簡單，但其精度受到硬件的嚴(yán)重限制，不同深度區(qū)域需要重新聚焦，因而測量繁瑣緩慢，所以應(yīng)用很少。離焦法避免了尋找精確聚焦位置的操作，它利用物點(diǎn)不聚焦時(shí)成像圓斑的大小，即圖像的模糊程度，來獲取深度信息。但離焦模型的準(zhǔn)確標(biāo)定是其難度所在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提出一種新的立體視覺模型，通過該模型可獲得二維圖像的深度信息。其價(jià)值在于該模型為計(jì)算機(jī)立體視覺理論的研究開拓了新方向。

本發(fā)明提出的基于單相機(jī)的變焦測距方法，只需用一個(gè)可以光學(xué)變焦的數(shù)碼相機(jī)在兩個(gè)不同的焦距下對同一場景分別成像一次，便可以通過圖像處理與分析技術(shù)得出場景中的特征點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)的三維坐標(biāo)。其操作過程主要有以下幾步：

步驟一：將相機(jī)對準(zhǔn)要測距的場景，并固定；

步驟二：在焦距f₁、f₂分別成像一次，并將兩次所采集的圖像作為一對立體圖像保存起來，一般稱在較小焦距下的成像為遠(yuǎn)景圖，在較大焦距下的成像為近景圖；(不失一般性，可假定焦距f₁＜f₂)

步驟三：完成立體圖像的匹配；

步驟四：按要求計(jì)算特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

其中最為關(guān)鍵的一步是圖像的立體匹配，值得注意的地方有以下幾點(diǎn)：

一、可采用SIFT特征匹配在遠(yuǎn)景圖中標(biāo)定出兩幅圖像的公共場景，因?yàn)檫h(yuǎn)景圖與近景圖相比，遠(yuǎn)景圖包括的空間范圍更廣，而近景圖就是兩幅圖像的公共場景；

二、應(yīng)先在遠(yuǎn)景圖的公共場景內(nèi)選取像素點(diǎn)，然后再到近景圖中搜索其對應(yīng)的匹配點(diǎn)。因?yàn)榻皥D中場景的細(xì)節(jié)描述更為豐富，它應(yīng)該包含了遠(yuǎn)景圖中公共場景的所有細(xì)節(jié)，即兩幅圖像的公共場景內(nèi)遠(yuǎn)景圖的像點(diǎn)在近景圖中都有匹配點(diǎn)，而反過來不一定成立；

三、可在局部范圍內(nèi)搜索匹配點(diǎn)，因?yàn)槔硐肽Ｐ拖拢怨庑臑樵c(diǎn)建立的圖像坐標(biāo)系中，相互對應(yīng)的兩個(gè)匹配點(diǎn)過光心的斜率應(yīng)相同，且近景圖中匹配點(diǎn)的極半徑大于遠(yuǎn)景圖中對應(yīng)點(diǎn)的極半徑。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于單相機(jī)的變焦測距原理圖。

圖2為本發(fā)明的變焦測距模型的空間平面截取圖。

圖3為本發(fā)明的一對立體圖像。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。