[發明專利]基于長焦鏡頭雙目立體視覺系統的距離估計方法

在審

• 申請號: 201710328530.2
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107270866A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 黃靖;黃椰;姜文;周高景
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01C3/00
• 分類號: G01C3/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 李丹

技術領域

本發明涉及圖像處理技術，尤其涉及一種基于長焦鏡頭雙目立體視覺系統的距離估計方法。

背景技術

傳統的基于雙目視覺的測距方法主要分為兩個部分：1)計算左右兩幅圖像的視差；2)標定鏡頭的焦距，根據得到的視差和焦距數據，運用測距公式計算距離。

在計算左右圖像視差值的研究中，Chen等人提出一個基于自適應地面控制點的立體匹配的方法,Qing等人使用非局部均值濾波的方法用于視差、深度的升采樣和優化,Lin等人提出一種基于塊匹配超像素分割的立體匹配方法，Mikhail等人使用兩步能量最小化算法實現立體匹配，Jian等人提出彩色圖像的視差優化方法去移除視差圖中邊界不一致的區域。

在長焦鏡頭標定焦距的研究中，Stamatopoulos提出了長焦鏡頭的自標定方法，最長的焦距可達到400mm，但需要13個站點和39幅圖像的網絡結構配置，標定的方法較復雜；謝文寒等人針對地形融合的細節層次提出了一種基于消失點的點線融合方法，最長的標定焦距達150mm，但并不適用于常規的測量環境；Ian等人利用一幅彩色圖像的顏色幾何約束來估計相機的焦距，測量的最大焦距為300mm時有5％的誤差，不能保證較高的測距精度。

在最新的雙目測距研究中，Liang等人雙目測量的最遠距離為30m；Sergiu等人最遠測量的車輛距離為95m,但有2m左右的誤差；Peter等人比較了不同的立體匹配的方法，驗證利用立體視覺的方法可最遠測量200m的距離，有4米左右的誤差。

針對以上的研究現狀，目前雙目測距存在的問題是——計算左右兩幅圖像的視差誤差大，造成測距的精度低；且大部分是短焦鏡頭進行標定，能夠測量的距離短。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種基于長焦鏡頭雙目立體視覺系統的距離估計方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于長焦鏡頭雙目立體視覺系統的距離估計方法，包括以下步驟：

1)視差估計；

1.1)通過同一目標經過左右相機拍攝得到的一組圖片；

1.2)確定同一目標點成像在左右圖像上各自對應的像素坐標位置，求出它們位置的像素差即雙目視差；

1.3)利用歸一化互相關(NCC)的方法求解得到整數的視差k，在此基礎上，使用對稱的拋物線擬合(SPF)和非對稱的拋物線擬合(APF)的方法求解得到τ₁和τ₂,對應的視差k₁＝k+t₁,k₂＝k+t₂。

2)長焦鏡頭焦距的計算；

2.1)建立關于視差的線性回歸模型：

f_i＝β₀+β₁k_i+ε_i(1)

其中，k_i為第i次觀測時自變量視差的值，f_i為因變量焦距f的觀測值，假定ε_i(i＝1,2,...,n)相互獨立，且均服從同一正態分布N(0,σ²)；

2.2)該模型在計算得到兩幅圖像的視差后，得到系數β₀，β₁；

2.3)根據所建立的回歸模型，將視差值k代入，即可獲得焦距值f；

3)距離測量

在獲得精確的視差值k和焦距值f之后，可通過公式(2)計算相機到對象的距離：

其中B和f分別表示兩個相機的基線和焦距，d_p表示像素的大小，K表示視差，K＝k+τ₂。

按上述方案，所述步驟1.3)首先使用NCC的方法找到最佳的k值：

假設左右圖像對應的最優點P_L和P_R滿足：

I_L(x,y)＝I_R(x-k-τ,y)

其中，為相關算子，當NCC函數達到最大值時，即可得到相應的k值。

按上述方案，分別用SPF和APF計算τ1和τ2；

先使用對稱的拋物線擬合(SPF)的方法計算τ1：

則SPF方法計算所得的視差為：

k1＝k+τ₁(5)