[發明專利]基于雙目結構光的準確置信度深度攝像機測距裝置及方法

在審

• 申請號: 201710223583.8
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN108693538A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 孫放;廖鴻宇;明安龍
• 申請（專利權）人: 北京雷動云合智能技術有限公司
• 主分類號: G01S17/48
• 分類號: G01S17/48;G01S7/497;G06T5/00
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• 代理人: 暫無信息

1.一種基于雙目結構光的深度攝像機測距裝置，該測距裝置包括結構光發射組件、光整型組件、成像透鏡組件、第一圖像傳感器、第二圖像傳感器及DSP處理單元；其特征在于：所述的光整型組件安裝在所述結構光發射組件后端，用于將結構光發射組件發出的光源整型為線束結構光；所述的成像透鏡組件進一步包括一濾光片，濾光片安裝在所述成像透鏡組件前端，用以濾出本發明的結構光發射組件發出的特定波長的光；第一圖像傳感器所在平面以及第二圖像傳感器所在平面分別與所述結構光發射組件的發射方向成某一角度設置；結構光發射組件經過光整型組件發出的線束結構光照射到前方寬角度范圍內的目標物體表面，發生漫反射，反射的光會映射為不同的折線線段或者曲線線段，反射的折線或曲線與當前視場角內的物體經成像透鏡組件共同成像于所述第一圖像傳感器上，以及所述第二圖像傳感器上，DSP處理單元分別對上述成像的圖像數據進行處理，根據角度關系，分別求取寬角度范圍內的多點待測距離；并對兩個傳感器上得到的待測距離進行比較擬和，確定該方向的待測距離以及該待測距離的置信度的高低。

2.根據權利要求1所述的測距裝置，其特征在于：所述的結構光發射組件發出的光源可以為普通照明光源、EL光源、LED光源、以及激光光源；也可以為紅外光源。

3.根據權利要求1所述的測距裝置，其特征在于：所述光整型組件可以為成型透鏡組、也可以為振動片或旋轉棱鏡。

4.根據權利要求1所述的測距裝置，其特征在于：所述的測距裝置進一步包括一基座，所述結構光發射組件、成像透鏡組件、第一圖像傳感器、第二圖像傳感器及DSP處理單元固定在該基座上。

5.根據權利要求1所述的測距裝置，其特征在于：所述結構光發射組件到所述第一圖像傳感器中心的距離范圍為2cm～5cm；

所述結構光發射組件到所述第二圖像傳感器中心的距離范圍為3cm～8cm。

6.一種基于雙目結構光的深度攝像機測距方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)獲取圖像數據：調整結構光發射組件的發射方向分別與第一圖像傳感器及第二圖像傳感器所在平面成某一角度，結構光發射組件經過光整型組件發出的線束結構光照射到前方寬角度范圍內目標物體表面，發生漫反射，前方寬角度范圍內反射的折線或曲線與當前視場角內的物體經成像透鏡組件共同成像于第一圖像傳感器及第二圖像傳感器上，反射的折線或曲線成像為多條高亮度的折線線段或者曲線線段，其他背景成像為比較低亮度的數據，第一圖像傳感器及第二圖像傳感器分別記錄前方的一幀數字圖像數據，并將該幀圖像數據分別傳輸給DSP處理單元，該幀圖像記錄了當前時間鏡頭視場角內的數字化了的圖像數據；

2)處理圖像數據：DSP處理單元用同樣的算法分別處理第一圖像傳感器的數據和第二圖像傳感器的數據：具體方法為，對步驟1)中所述的數字化了的圖像數據進行處理，首先用數字算法消除圖像畸變，而后進行數據平滑消除噪點，最后設定門限進行二值化；再次根據步驟1)中所述的折線線段或曲線線段的左右關系對圖像平滑進而消除噪點，消除噪點后各條折線線段或曲線線段為自左向右排列，使得同一個X坐標上只有一個高亮線段存在；

3)求取每一個X坐標上的高亮線段的質心：將同一個X坐標的高亮線段的點坐標加起來進行平均，可以得到對應X坐標的質心為Y；經過本步計算，從左到右的任意一個X坐標上，只可能有不超過1個的Y高亮質心點；對于某個X，如果有1個Y質心點，代表這個方向上的距離在測距范圍內，如果沒有Y質心點，代表這個方向上的距離不在測距范圍內；

4)根據自左至右的所有(X，Y)計算寬角度范圍內測量角度和測量距離：

a)對于某一個(X，Y)，根據Y軸坐標求垂直距離d，已知結構光發射組件到圖像傳感器鏡頭組的距離為p，圖像傳感器鏡頭在Y軸視場角為2α，圖像傳感器中軸與光發射組件夾角為θ，帶入公式計算出垂直距離d，其中，n為結構光點在Y軸上的坐標，y為Y軸方向上圖像傳感器芯片上成像的總點數；

對于最近測量點G，當G的理論值n＝y時，可求得最近測量量程d_G，

b)已知鏡頭在X軸上視場角為2β，圖像數據在X軸的中心點為O，每一個X代表一個方向，X方向與Y方向所成的方向角為γ，對于x＝m，y＝n的坐標點來說，帶入公式求出待測距離d_x，獲取測距結果(γ，d_x)，d_x為在γ方向的距離；

c)重復步驟a)及步驟b)，計算完自左向右整個2β寬角度范圍內的多個點的測距角度及測距距離并將整個2β范圍內的多個點的測距結果輸出。

5)重復上述計算步驟，對第一圖像傳感器的數據根據自左至右的所有(X，Y)計算正前方寬角度范圍內測量角度和測量距離；對第二圖像傳感器的數據根據自左至右的所有(X，Y)計算正前方寬角度范圍內測量角度和測量距離。

6)在寬角度范圍內，得到γ角度方向的測距距離，第一圖像傳感器的測距距離為d_x1,第二圖像傳感器的測距距離為d_x2，并對第一圖像傳感器、第二圖像傳感器得到的測距距離進行比較擬和，公式如下：

d_γ為該γ角度的測距距離，C_γ為該γ角度的置信值。