[發明專利]像方型立體視覺在線移動實時測量系統

有效

• 申請號: 201410745020.1
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104537707B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 邢帥;王棟;徐青;葛忠孝;李鵬程;耿迅;張軍軍;侯曉芬;周楊;夏琴;江騰達;李建勝
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06K9/46
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司41119
• 代理人: 胡泳棋

技術領域

本發明涉及一種像方型立體視覺在線移動實時測量系統。

背景技術

立體視覺的基本原理是從兩個或多個視點觀察同一景物，以獲取物體在不同視角下的圖像，通過三角測量原理計算圖像像素間的位置偏差(即視差)來獲得三維信息。立體視覺測量方法由來已久，并在工業測量和攝影測量領域得到了廣泛應用。

《基于立體視覺的一定機器人目標定位》(南京理工大學碩士論文)總結了現有立體視覺的主要步驟，包括：

1)圖像獲取；

2)攝像機標定；

3)圖像預處理和特征提取；

4)立體匹配；

5)三維重建。

上述方法主要存在以下問題：

(1)獲取的場景三維信息不完整。有的系統僅獲取場景中部分標志物的三維信息，有的系統僅獲取場景中部分物體的三維信息，有的系統雖然獲取了整個場景的三維信息但密度不夠，不能表達場景中的一些細節信息。

(2)獲取的場景三維信息未能整合。立體相機每一次拍攝的立體圖像均可以生成對應場景的三維信息，但隨著立體相機的移動，可以完成一個較大空間的拍攝，但每一次系統均孤立地處理該次生成的場景三維信息，并未考慮不同時刻生成的場景三維信息之間的關系，無法實現對大范圍場景的整體測量。

(3)系統實時性不足。上述系統中，對于僅獲取場景中部分標志物三維信息的系統來說，基本可滿足實時響應的要求，但對于需要獲取全部場景精細三維信息的系統來說，其處理往往是線下的，還不能滿足實時響應的要求。

本項目設計的像方型立體視覺在線移動實時測量系統，通過優化立體圖像處理與匹配算法，結合相機移動連續獲取立體圖像和立體圖像視覺測量模型連接算法，實現針對同一目標的連續觀測并實時生成整個目標完整、精確的三維信息。

發明內容

本發明的目的是提供一種像方型立體視覺在線移動實時測量系統，用以解決現有技術中獲取的場景信息不完整、未能整合場景三維信息的問題，進一步還能提高實時性。

為實現上述目的，本發明的方案包括：

像方型立體視覺在線移動實時測量系統，包括由兩臺相機、相機固定與距離調整裝置構成的立體相機，立體相機連接控制與計算設備，所述控制與計算設備用于相機采集數據的控制、存儲、處理及處理結果輸出；測量過程如下：

1)相機標定；2)在立體相機的移動過程中，獲取若干組立體圖像；3)圖像預處理；4)特征提取與立體匹配；5)三維重建；6)立體圖像模型連接；對于任一時刻的立體影像，獲取相鄰時刻的立體影像中的同名像點，以它們為兩組立體影像的連接點，通過前方交會計算得到兩組立體模型的同名模型點，通過空間相似變換將兩組立體模型變換到同一空間坐標系下；依次對下一時刻的立體影像進行同樣處理，將所有的立體圖像模型連接成一個針對整個場景的整體模型。

所述相機標定方法包括：同時獲取立體影像；提取標定板角點；標定解算。

圖像預處理包括濾波和灰度均衡化處理。

所述特征提取與立體匹配包括：利用SURF算子得到立體模型間的連接點；計算出兩幅圖像間的相對位置和姿態，進行相對定向解算；確定立體影像間的核線關系，對立體影像進行糾正得到按核線排列的立體影像；以SGM算法進行立體影像的稠密匹配以生成密集的同名像點。

根據匹配得到的密集同名像點采用多片前方交會法來重建目標場景的三維信息，實現所述三維重建。

本發明的測量方法，是在立體相機的移動過程中，不斷獲取立體影像并實時重建目標場景的立體模型。為了形成一個完整的場景模型就需要將每一次重建的結果連接起來。立體圖像模型連接的原理是依據獲取相鄰時刻的兩組立體影像中的同名像點，以它們為兩組立體影像的連接點，通過前方交會計算得到兩組立體模型的同名模型點，最后通過空間相似變換將兩組立體模型變換到同一空間坐標系下。對后續時刻獲得的立體影像同樣處理，即可將所有的立體圖像模型連接成一個針對整個場景的整體模型。

附圖說明

圖1是攝像頭固定架；

圖2是硬件平臺的設計示意圖；

圖3是軟件工作流程圖；

圖4是棋盤格標定板及其坐標系；

圖5是SURF算子流程圖；

圖6是相對定向完成后同名投影光線相交于目標點；

圖7是單獨像對相對定向流程圖；

圖8是平行雙目立體視覺系統的對極幾何關系；

圖9是SGM匹配算法流程圖；

圖10是前方交會測量原理；

圖11是立體圖像模型連接流程圖；