[發(fā)明專利]一種基于雙目立體視覺的三維圓形目標(biāo)檢測和判斷方法

有效

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• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103400377A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喻海中;陳兆學(xué);陳文歡
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種基于雙目立體視覺，對三維圓形的物理目標(biāo)進行檢測和識別判斷的三維圓形目標(biāo)檢測方法。

背景技術(shù)

圓形目標(biāo)檢測在圖像處理、模式識別、計算機視覺等領(lǐng)域具有重要意義。而目前對圓形目標(biāo)的檢測方法大多基于經(jīng)典的霍夫變換原理，此類方法需要消耗大量的內(nèi)存和計算時間，且需要人為預(yù)設(shè)大量參數(shù)，大大影響到了該算法的應(yīng)用。

還有一系列圓檢測方法是基于曲率估計、梯度方向、存在概率圖、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，其在檢測的正確率、實時性與算法魯棒性等方面具有一定的改進，但該類方法都是基于二維圖像上的圓形目標(biāo)檢測手段，實際上物理世界的圓形目標(biāo)經(jīng)過攝像機投影到二維圖像上只有在特定的某些情況下才是標(biāo)準(zhǔn)的圓形。根據(jù)針孔攝像機成像原理，在多數(shù)情況下物理世界的圓形目標(biāo)的成像為橢圓，從而導(dǎo)致基于二維數(shù)據(jù)的圓形目標(biāo)檢測方法失去了效用。

雙目立體視覺是一種獲取物體真實三維數(shù)據(jù)的有效方法，因其簡單、精確、快速等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到機器人視覺、工業(yè)檢測、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于雙目立體視覺的三維圓形目標(biāo)檢測和判斷方法，將雙目立體視覺應(yīng)用于檢測三維圓形目標(biāo)，通過兩步判斷就可以簡單有效地檢測出三維圓形目標(biāo)，解決了基于二維數(shù)據(jù)的檢測方法無法正確檢測出三維圓形目標(biāo)的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種采用左、右二臺同類型攝像機，基于雙目立體視覺，對三維圓形的物理目標(biāo)進行檢測和識別判斷的三維圓形目標(biāo)檢測方法，具有這樣的特征，包含以下步驟：攝像機標(biāo)定：采用立體標(biāo)定算法對二臺攝像機進行立體標(biāo)定，得到攝像機參數(shù)；圖像預(yù)處理：對二臺攝像機分別讀入的第一圖像、第二圖像進行預(yù)處理；矯正：采用攝像機參數(shù)將第一圖像中的第一物理目標(biāo)圖像以及第二圖像中的第二物理目標(biāo)圖像校正至同一水平線；二維橢圓檢測：采用二維橢圓檢測算法對第一物理目標(biāo)圖像和第二物理目標(biāo)圖像進行檢測，得到橢圓參數(shù)；橢圓擬合：根據(jù)橢圓參數(shù)得到物理目標(biāo)的連續(xù)數(shù)學(xué)模型，在第一圖像、第二圖像中分別分離出第一物理目標(biāo)圖像、第二物理目標(biāo)圖像；立體匹配：根據(jù)連續(xù)數(shù)學(xué)模型，將第一物理目標(biāo)圖像的第一二維數(shù)據(jù)以及第二物理目標(biāo)圖像的第二二維數(shù)據(jù)進行立體匹配，得到第一物理目標(biāo)圖像和第二物理目標(biāo)圖像之間的亞像素級別匹配視差；三維數(shù)據(jù)生成：將第一二維數(shù)據(jù)以及亞像素級別匹配視差逆投影到三維空間，得到物理目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)；非共面性檢驗：計算三維數(shù)據(jù)偏離同一平面的程度，判斷物理目標(biāo)是否為類圓形狀；以及圓差異度計算：當(dāng)三維數(shù)據(jù)點在同一平面時，判斷并得到物理目標(biāo)的具體形狀。

進一步，本發(fā)明的基于雙目立體視覺的三維圓形圖標(biāo)檢測方法，還可以具有這樣的特征：立體標(biāo)定算法為張氏棋盤法。

另外，本發(fā)明的基于雙目立體視覺的三維圓形圖標(biāo)檢測方法，還可以具有這樣的特征：二維橢圓檢測算法為OpenCV中的二維橢圓檢測算法。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明涉及的基于雙目立體視覺的三維圓形目標(biāo)檢測和判斷方法，其將雙目立體視覺應(yīng)用于檢測三維圓形目標(biāo)，基于雙目立體視覺的簡單、精確、快速獲取物體真實三維數(shù)據(jù)的優(yōu)點，不需要大量計算和人為預(yù)設(shè)大量參數(shù)，通過兩步判斷就可以簡單有效地檢測出三維物理是否為圓形目標(biāo)，從根本上解決了基于二維數(shù)據(jù)檢測圓形目標(biāo)方法的失效問題。

附圖說明

圖1為本實施例的基于雙目立體視覺的三維圓形目標(biāo)檢測和判斷方法的過程流程圖；

圖2為本實施例的采用雙目立體視覺獲取三維數(shù)據(jù)的基本原理圖；以及

圖3為本實施例的基于雙目立體視覺的三維圓形目標(biāo)檢測和判斷方法中圓差異度計算的原理圖。

具體實施方式

以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作具體闡述。

圖1為本實施例的基于雙目立體視覺的三維圓形目標(biāo)檢測和判斷方法的過程流程圖。

如圖1所示的基于雙目立體視覺對三維圓形的物理目標(biāo)進行檢測和識別判斷的三維圓形目標(biāo)檢測方法的過程流程圖，其包含了以下步驟：

1）攝像機標(biāo)定：采用立體標(biāo)定算法對二臺攝像機進行立體標(biāo)定，得到攝像機參數(shù)，包括內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)，如圖像的中心位置，攝像機的焦距，兩攝像機之間的距離，攝像機對圖像的畸變系數(shù)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣等。這些參數(shù)對圖像的校正、矯正，立體匹配獲取視差，坐標(biāo)變換以及三維數(shù)據(jù)的生成具有重要意義，同時也極大地影響到三維圓形目標(biāo)檢測檢測與識別率。