[發明專利]一種基于機器人視覺的小目標檢測方法

在審

• 申請號: 201810314384.2
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108920996A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 李衛民;魏仕華;冀宇
• 申請（專利權）人: 泰州職業技術學院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/40
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 文雯

1.一種基于機器人視覺的小目標檢測方法，其特征在于：包括具有雙目立體視覺和傳輸功能的機器人、圖像處理系統、所述機器人具有兩臺攝像機和照明裝置，檢測方法包括如下步驟：步驟1：利用照明裝置和攝像機對圖像進行采集；

步驟2：建立圖像像素坐標系、圖像物理坐標系、攝像機坐標系和世界坐標系，圖像像素坐標系，采集好的圖像信息利用傳感器將其轉化成數字信號，在計算機中，數字圖像的表達形式是 M×N 二維數組，其中圖像像素點由數組里的元素代表，元素值即為像素值，代表圖像亮度，對于圖像建立坐標系，_O點是坐標系的坐標原點,對于橫軸u而言，取水平向右為軸的正方向,軸v與u軸互相垂直，方向向下,坐標系的單位是像素，坐標（u,v）表示的是像素的坐標，即像素位于第u列、第v行；圖像物理坐標系，建立圖像物理坐標系O'- x y來表達像素點的實際物理位置，O是坐標系的原點，是光軸和成像平面的垂直交點，像素坐標系和物理坐標系的關系如式（3-1）表示：

（3-1）

用齊次矩陣來表示上式則為：

（3-2）

攝像機坐標系，攝像機坐標系是三維直角坐標系O_C_X_CY_CZ_C-,以攝像機光心為基準，并將其作為此三維坐標系的原點Z_C軸為攝像機光軸，X_C軸與Y_C軸分別平行于坐標系O'- xy 的x軸和y軸，正方向取攝像機指出的方向，垂直于成像面，

OcO'為攝像機的焦距f；

世界坐標系，能夠展示物體的空間位置，表達出物體的三維信息，用O_W_X_WY_WZ_W表示;

步驟3、活的數字圖像，根據小孔成像的原理，建立小孔成像模型，將成像平面上的感光元件把采集的光信號轉換成電信號，然后再將信號放大：

將圖像的方向變換的與景物的方向一致，成像平面的倒實像轉變成數字圖像，設P1點的坐標為（x₁,y₁,z₁），P2的坐標為（x₂,y₂,z₂），根據相似三角形原理，有如下關系式：

（3-3）

f表示的是光心與成像平面之間的距離；

步驟4、攝像機內外參模型，為了使物體在攝像機坐標系中的位置信息能夠完全的轉換到圖像像素坐標系中，通過定義一個攝像機的內參數矩陣，

（3-4）

其中，（u, v）是點在數字圖像上位置，攝像機內參數矩陣是3×3矩陣A，通常像素坐標系原點定義在圖像左上角，光軸中心線和像平面的交點坐標是（u0,v0）：

從像平面生成數字圖像要經過信號放大的過程，如下：

(3-5)

其中，α_x與α_y分別是像平面水平與豎直方向上的增益：

將式（3-3）代入式（3-5），得到

(3-6)

令kx=α_xf，ky=α_yf,就構成了式（3-4）的內參數矩陣：

實際中由于成像單元的兩邊有夾角，不可能完全垂直，因此像點在圖像中的實際坐標（u, v）應為：

(3-7)

其中，（u', v'）為理想的無傾斜圖像坐標，

得到修正后的內參數矩陣為:

(3-8)

對于實際存在的鏡頭徑向畸變的情況，使用二階徑向畸變模型為:

(3-9)

其中，圖像的實際坐標為（u, v），（u”, v”）是理想圖像坐標，（u₀,v₀）為參考點， r為理想圖像點到參考點的距離，

對于世界坐標系和攝像機坐標系之間映目標一一相對映得關系，可以對攝像機的外參數進行定義，使物體可以在相機坐標系下完整地反映其在世界坐標系下的信息，外參數矩陣為：

（3-10）

步驟5、采用一般雙目視覺模型得出小目標的三維信息，假設（u₁,v₁）為P₁點，（u₂,v₂）為P2點，P點在世界坐標系下的描述為（X_W，Y_W，Z_W），左右攝像機的投影矩陣分別為H和J，因此存在下列等式：

（3-11）

（3-12）

將（2-11）和（2-12）聯立，可得下述等式：

(3-13)

式（3-13）是含有四個線性方程的方程組，有唯一解，因此通過式（3-13）可解得P點在世界坐標系下的位置（），

步驟6、采用小波技術，確定小目標檢測算法，算法設計包括圖像信息集合、濾波、灰度信息、奇異點提取、聚類分析和獲得目標。

步驟7、采用中值濾波技術對圖像進行處理。