[發明專利]一種基于機器單目視覺的目標深度測量方法

有效

• 申請號: 201710243882.8
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107084680B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 毛家發;張明國;鐘丹虹;高飛;肖剛
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01B11/22
• 分類號: G01B11/22
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

一種基于機器單目視覺的目標深度測量方法，包括：如下步驟：步驟1)、搭建系統；步驟2)、對焦：在步驟1)的基礎上使用機器人上的單目攝像頭把焦點對在物體的頂部，并使得焦點中心處于圖像的正中央；步驟3)、拍攝；步驟4)、圖像分割；步驟5)、視場角的換算；步驟6)、計算。本發明在已知機器視覺的高度、目標高度的條件下，實現了目標深度分析，實現結果表明，本發明能夠有效地實現目標深度定位。

技術領域

本發明屬于機器視覺技術領域，公開了一種在單攝像頭下深度測量的新方法。

背景技術

當前研究者對外部目標的深度信息的獲取的方法大致分為兩類，一類是基于計算機視覺的目標定位方法，另一類是非視覺傳感器的定位技術，在這里我們主要介紹基于視覺的定位技術。基于視覺的目標定位方法主要包括有雙目感知深度方法、單目相機校準方法和單攝像頭-平面鏡深度獲取方法。

雙目感知深度其精度要受相機性能、光照和基線長度(兩臺相機之間距離)影響，由于算法的復雜性在應用上有很多限制，在處理數據量上相對較大，不利于目標定位實時性的要求。

目前單目深度感知廣泛采用的是相機校準的技術，也稱相機標定技術。相機標定是計算機視覺的基本問題之一，旨在通過使用圖像特征和相應的3D特征來確定相機內部和外部參數。相機校準標定已經在計算機視覺中廣泛研究了很長時間，并且已經提出了許多標定方法。

基本的相機標定方法可以分為傳統的相機標定和自標定。傳統的標定方法具有高的校準精度，但需要特定的標定參考物。在標定過程中，由于受器材限制，仍無法做到十分精確地記錄一個點在世界坐標系和圖像做標系中的對應坐標,如果其坐標不夠精確，那么得到的轉換矩陣的精確度也會受到制約，坐標轉換的精度也會因此而波動，自標定方法不依賴于校準參考物，但是校準結果相對不穩定。

發明內容

本發明要克服現有技術的上述缺陷，從攝像機成像的幾何透視模型入手，提出一種新的深度測量方法。

本發明研究了攝像頭與目標深度信息的幾何模型、目標數字化長度與目標深度之間的數學關系以及成像過程中視場角變化對目標數字化長度的影響，有效地克服了相機校準法的不足，利用單攝像頭測量精確地解決目標深度測量問題。

本發明所述的機器單目視覺的目標深度測量方法，包括以下步驟：

步驟1)、搭建系統

(1.1)搭建具有單目視覺的機器人，假設其所具有的單目攝像頭高度為h₁，待測目標位于該機器人的正前方位置，其高度為h₂,待測目標距離相機位置的水平距離即深度記為m；

(1.2)在測量目標深度信息時，機器人總是通過行走，使得目標位于機器人的正前方；

步驟2)、對焦：在步驟1)的基礎上使用機器人上的單目攝像頭把焦點對在物體的頂部，并使得焦點中心處于圖像的正中央；

步驟3)、拍攝：機器人在步驟2)的基礎上進行拍攝視頻或照片，并讀得拍攝時圖像參數，包括焦距f、圖像的分辨率(M′*N′)；

步驟4)、圖像分割：在所得的拍攝圖像中把目標分割出來，得到目標的數字化長度，包括：

(4.1)輸入拍攝圖像；

(4.2)將圖像縮放為歸一化尺寸的圖像(M*N)；

(4.3)高斯濾波去除圖像噪聲；

(4.4)采用逐點掃描的方法判斷圖像上的每個點是否是目標上的點，如果某像素點為分割目標上的點，像素點保持不變，否則不為分割目標的上的點，則將該點置為黑色來突出分割目標；

(4.5)將經(4.4)處理過的圖像轉化為灰度圖像；