[發(fā)明專利]一種基于單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的目標相對定位方法

在審

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• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN107036579A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 劉超鎮(zhèn);盧山;劉宗明;張翰墨;陽光
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01C3/32
• 分類號: G01C3/32
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙)31249
• 代理人: 潘朱慧

技術領域

本發(fā)明涉及機器視覺技術領域，具體涉及一種基于單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的目標相對定位方法。

背景技術

雙目立體視覺系統(tǒng)已經被廣泛應用到工業(yè)檢測、航拍測繪、機器人視覺等領域中，但當目標測量距離增大時，測量誤差急劇上升，三維測量的結果不準確。當測量目標深度較大時，兩相機之間的基線長度同數量級的增大。大基線下的立體視覺系統(tǒng)，體積增大，不便于微型控制等一些特殊場合的應用，同時，兩幅立體圖像的測量覆蓋范圍小，可測區(qū)域變小，同時受環(huán)境光照等的影響，圖像對的紋理等特征信息會出現變化，影響立體匹配結果，致使巨大測量誤差出現。

單目立體視覺是指，采用一個圖像采集設備或采用同一光路上兩個獨立的圖像采集設備，對空間物體從同一角度采集立體圖像對，對兩幅或多幅單目立體圖像進行分析處理，根據空間點形成的多個像點的矢量位移、像素灰度值等不同，計算估計空間點的深度信息，實現三維描述。

基于雙焦成像的立體視覺系統(tǒng)，是基于變焦的立體視覺方法中的特例。采用具有兩個焦距的攝像裝置，從單一觀測點對目標實施同步拍攝，獲得光軸重合的雙焦立體圖像對，并從中提取場景深度信息。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的目標相對定位方法，用兩個不同的焦距對物點成像，并通過圖像匹配找到對應匹配點對，再結合相應的焦距值計算出物點的深度信息，即獲得目標物體的相對位置。

為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現：

一種基于單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的目標相對定位方法，其采用單目雙焦法，所述的液透鏡變焦光學系統(tǒng)包含第一雙液體透鏡以及第二雙液體透鏡，所述的目標相對定位方法包含以下步驟：

S1、標定液透鏡變焦光學系統(tǒng)的焦距參數；

S2、以第一雙液體透鏡焦距為自變量，確定出第二雙液體透鏡焦距以及系統(tǒng)總焦距隨著第一雙液體透鏡焦距變化的關系式；

S3、液透鏡變焦光學系統(tǒng)對目標物體變焦成像，獲得變焦圖像對；

S4、對變焦圖像對中的目標物體的像點進行特征提取與匹配；

S5、根據焦距值與特征匹配結果計算目標物體的空間深度信息。

上述的基于單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的目標相對定位方法，其中，所述的步驟S1中：

通過焦距儀對液透鏡變焦光學系統(tǒng)的焦距參數進行標定。

上述的基于單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的目標相對定位方法，其中，所述的步驟S4具體包含：

S41、對變焦圖像對的圖像進行去噪、增強預處理后進行特征提??；

S42、根據提取出的圖像特征點建立圖像對中像點的相互關系。

上述的基于單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的目標相對定位方法，其中，所述的步驟S5具體包含：

通過目標物體深度值計算公式計算目標物體深度值，式中，x₁、y₁表示第一次變焦下目標像點在光學系統(tǒng)坐標系中的坐標值，x₂、y₂表示第二次變焦下目標像點在光學系統(tǒng)坐標系中的坐標值，f₁表示第一次變焦的焦距值、f₂表示第二次變焦的焦距值。

上述的基于單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的目標相對定位方法，其中，所述的步驟S41中：

采用SIFT算子完成目標物體像點的提取和匹配。

本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點：1、運用雙焦測量法克服了雙目測量中大基線要求，只需獲取兩幅變焦圖像以及兩幅圖像的焦距參數，具有處理速度快、實時性好的優(yōu)點；2、體積小，非三角測量，便于凝視定點觀測、隱藏與攜帶；3、圖像利用率高，從同一觀測點凝視拍攝，雙焦立體圖像對之間內容重疊度高；4、同步拍攝，受環(huán)境光照等因素干擾小便于實時圖像采集。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的組成原理圖；

圖2為本發(fā)明中單目液透鏡變焦光學系統(tǒng)的簡化光學關系示意圖；

圖3為本發(fā)明中單目雙焦測量幾何關系示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。

由幾何光學可知，在物距相同的條件下光學系統(tǒng)焦距不同所形成的像的高度和相應焦距值之間存在定量的關系。如果用兩個不同的焦距對物點成像，并通過圖像匹配找到對應匹配點對,再結合相應的焦距值就可以計算出物點的距離。