[發明專利]基于視差優化算法的雙目立體視覺自動測量方法

有效

• 申請號: 201410094119.X
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103868460A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 首照宇;唐望平;莫建文;張彤;袁華;陳利霞;歐陽寧;趙暉
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01B11/04
• 分類號: G01B11/04;G01B11/24;G06T7/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 王儉

技術領域

本發明涉及雙目立體視覺的測量領域，具體是基于視差優化算法的雙目立體視覺自動測量方法。

背景技術

近幾年，機器人自導引、無人駕駛、隱蔽式軍事偵察、醫學診斷及工業檢測等領域的應用日趨廣泛，雙目立體視覺逐漸成為機器人技術研究中最為活躍分支之一，也是后續技術發展的重要基礎。基于雙目立體視覺的測量技術是一種高效的非接觸性先進檢測、測量、識別技術，發展前景可觀，應用范圍廣泛。

當前，雙目視覺測量的應用大部分集中在測量距離，有一定的局限性；而在測量空間物體的大小尺寸應用方面，需要點取目標像素點或者設置特殊的特征點，不能實現物體的自動提取、自動測量，這樣阻礙了工業生產的智能化、機械化；而且傳統的測量方法中的人工操作步驟，不僅增加了勞動成本而且使步驟更加復雜；在工業檢測方面實現的零件合格檢測，也只是固定場景下的檢測，不能實現相對運動物體尺寸大小的自動測量；而且對運動的物體，手動的點取目標像素是很不準確的，也不能實現實時性。更重要的是，由于平滑表面的鏡面反射、投影縮減、透視失真、低紋理和重復紋理等對雙目匹配的影響，導致手動點取的目標像素點不一定有有效三維信息。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供一種基于視差優化算法的雙目立體視覺自動測量方法，這種方法不僅簡化了雙目測量的操作步驟，更能較準確地自動獲取目標物體的測量信息，并且對其匹配后產生的視差進行優化，減少平滑表面的鏡面反射、投影縮減、透視失真、低紋理和重復紋理等外界影響，使目標物體的三維點云信息更為完整，實現自動化智能化測量，極大限度的擴展雙目測量的應用范圍，為后續的機器人雙目視覺提供技術支持。

實現本發明目的的技術方案是：

基于視差優化算法的雙目立體視覺自動測量方法，包括如下步驟：

1）通過雙目相機同時獲取兩路RGB彩色圖像，利用棋盤標定法對雙目相機攝像頭進行雙目標定，獲得兩個雙目相機攝像頭的內外參數，根據這些參數對雙目視圖進行雙目校正，去除鏡頭的魚眼效應以及位置誤差影響，得到校正后的雙目視圖；

2）對校正后的雙目視圖，利用立體匹配算法以左視圖為基圖進行匹配，得到初步的視差圖；

3）對校正后的左視圖，利用背景相減法提取目標物體，目標物體區域為彩色原圖，其他非目標區域全為黑；

4）根據目標物體區域，利用基于前景檢測的視差優化算法對初步視差圖局部無視差區域進行填充，獲得目標物體區域的完整視差圖；

5）對完整視差圖，根據投影模型獲得三維點云；

6）對三維點云，進行坐標重投影，將三維坐標投影到二維平面，并通過圖像處理的方法，把二維平面的世界坐標與圖片的像素坐標關聯起來，用灰度圖片具體的顯示出重投影后的二維坐標生成坐標關聯像素圖；

7）對坐標關聯像素圖，利用形態學的方法，采用最小外接矩形將像素圖片中的輪廓框住，按照世界坐標與圖片像素的關系，將其邊長的像素值轉換為真實的長度信息，并自動顯示出來，實現自動測量目標物體的長度和寬度。

所述的雙目相機是由兩個同規格的相機模擬人的兩個眼睛組合在一起的雙路采集視頻設備，獲取圖片像素設置為640x480像素，保持原始RGB圖片。

所述的棋盤標定法是利用特定黑白棋盤格實現的標定算法，對雙目攝像頭進行標定，獲得兩個攝像頭的內外參數，如：焦距、畸變參數、平移向量、旋轉矩陣等參數；使用棋盤標定法時兩攝像機的焦距保持一致，棋盤采用9x6格的黑白格，單位方格邊長30mm，采集圖片15-20張；雙目校正縮放系數設為0；校正后的圖像進行縮放和平移，使得校正圖像只顯示有效像素即去除不規則的邊角區域。

所述的雙目校正是指雙目攝像頭定標不僅要得出每個攝像頭的內部參數，還需要通過標定來測量兩個攝像頭之間的相對位置，即右攝像頭相對于左攝像頭的三維平移向量t和旋轉矩陣R；要計算目標點在左、右兩個視圖上形成的視差，首先要把該點在左、右視圖上兩個對應的像點匹配起來，然而在二維空間上匹配對應點是非常耗時的，為了減少匹配搜索范圍，我們利用極線約束使得對應點的匹配由二維搜索降為一維搜索；雙目校正的作用就是要把消除畸變后的兩幅圖像嚴格地行對應，使得兩幅圖像的對極線恰好在同一水平線上，這樣一幅圖像上任意一點與其在另一幅圖像上的對應點就必然具有相同的行號，只需在該行進行一維搜索即可匹配到對應點。