[發明專利]一種雙目立體視覺精細地形測量系統及方法

有效

• 申請號: 202010529424.2
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111696162B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 班云云;徐錫蒙
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06F16/25;G01C11/04;G01C11/02;G01B11/24;G06V20/10;G06V10/44;G06K9/62;G06T7/00;G06T7/55;G06T7/90
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張可

1.一種雙目立體視覺精細地形測量系統，包括：

電器柜，用于保護電器柜內部的各個部件；

所述電器柜內設置有電源，硬件裝置和通訊部分，軟件數據處理模塊，坐標系轉換處理程序；

所述硬件裝置和通訊部分，用于圖像、經緯度采集以及數據傳輸；所述硬件裝置和通訊部分包括GigE工業相機、嵌入式計算機視覺系統EVS、5G傳輸終端、供電系統、步進電機、驅動器、編碼器、和八個紅外傳感器；其中，所述步進電機用于為所述測量系統的移動提供動力輸出，控制驅動器與編碼器通過串口通信技術與LabVIEW開發平臺提供的NI-VISA程序接口相結合，實現所述測量系統的遠程數字閉環控制；其中，所述編碼器與所述步進電機同軸連接，用于移動測量系統的數字閉環控制；其中所述八個紅外傳感器對角線安裝在所述電器柜的一側，不同紅外傳感器的觸發導致電器柜停留在不同的坡位處；

所述軟件數據處理模塊，用于基于LabVIEW平臺的機器視覺技術將拍攝的圖像轉換成三維點云數據，但還不具有地形特征；所述軟件數據處理模塊包括雙目視覺相機，用于通過GigE Vision數字接口與NI-MAX配置管理軟件建立連接，為LabVIEW開發憑條的NI-IMAQ圖像采集與處理系統提供軟件與硬件設備之間的通信支持，完成High-Speed高分辨的圖像采集與處理；

所述坐標系轉換處理程序，用于將深度圖像像素坐標系轉換為世界坐標系，設置重力感應裝置確定豎直方向，利用GPS定位器實現深度圖像的獲取及拍攝點經緯度的確定，GPS定位器與軟件程序共同實現圖像像素坐標系向世界坐標系的轉換，建立坐標轉換關系，實現坐標轉換；其中，所述坐標系轉換處理程序包括嵌入式計算機視覺系統，所述嵌入式計算機視覺系統通過接口與雙目視覺相機連接，通過串口通信與步進電機控制器及數字輸入模塊連接；

集成所有模塊功能，測量地物尺寸，實時獲取具有經緯信息的高精度地形測量數據；其中，使用雙目視覺相機進行地形估測的方法包括

步驟1，系統標定，

雙目視覺相機的標定程序需要一個印有70個黑色實心圓的白色標定板，圓心之間的距離均為4 cm，直徑為2 cm；標定前確定雙目視覺相機被水平固定，且在標定后不會被移動或改變相機間的相對位置；標定結果顯示最大相對誤差為0.72%，最小相對誤差為0.10%；

標定程序需要一塊在白色背景上印有70個黑色實心圓點的標定設備，每個黑色實心圓點的直徑為2 cm，并且每兩個實心圓點的圓心間的距離是4 cm；相機的視野被平均分為了9個單元來確定兩個相機間的距離以及畸變系數；標定板需要完全出現在兩個相機獲取的第一張標定圖像中，然后標定板需要以不同的位置與不同的角度覆蓋所有相機視野中的單元；最后當所有標定圖像覆蓋了兩個相機全部視野后，切向與徑向的畸變將通過公式 (1)和公式 (2) 修正，公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中是校正圖像的坐標系數；是原始圖像的坐標系數；,是不同方向上的焦距；M是徑向畸變的修正系數；T₁,T₂是切向畸變的修正系數；

步驟2，圖像獲取，包括在LabVIEW 平臺上結合VDM視覺開發模塊進行機器視覺應用程序的開發，并將所開發的應用程序部署到Windows或Linux實時操作系統上，以搭建圖像獲取系統；系統獲取的圖像，按照獲取時間自動分類并存儲到相應的文件夾與MySQL數據庫中，數據庫通過數據庫連接工具包與LabVIEW平臺結合，從而實現了在平臺上可執行數據庫的操作；

步驟3，圖像分析，LabVIEW操作平臺中的機器視覺模塊對獲取的圖像進行處理與分析；為了獲得更好的溝道輪廓與更精確的溝道圖像數據，通過塊匹配算法對圖像采集系統中左右兩個數字工業相機采集的左圖像與右圖像進行匹配與計算，生成左右視差圖像；根據視差圖像計算得到的深度圖像；采用VDM視覺開發模塊中的圖像減法、二值圖像腐蝕、粒子去除和填充函數將溝道輪廓從深度圖像中提取出來，然后對所提取出來的溝道輪廓進行粒子分析并計算出輪廓的溝道圖像粒子總和的值，并將該值顯示在經過處理與分析后的重構圖像上，提取圖像中的特征點數據并進行分類，建立圖像特征點數據集與測量目標尺寸的估測模型，由此可以計算被測物的尺寸和確定圖像中任意點的三維坐標；

步驟4，坐標轉換，基于LabVIEW平臺的機器視覺技術開發坐標轉換的軟件系統，確定監測目標的三維坐標，并實現被測物各點在地坐標的確定；坐標轉換可根據拍攝時所獲取的經緯度信息、拍攝系統所處高度及圖像中被測地物尺寸、三維坐標共同確定。

2.根據權利要求1所述的雙目立體視覺精細地形測量系統，其特征在于，

所述雙目視覺相機是由兩個千兆相機組成，用于獲取坡面地表形態圖像。