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专利名称：一种基于双目立体视觉的测距方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测距方法，更具体的说是一种基于双目立体视觉的测距方法及系统。
背景技术：
双目立体视觉测距法是一种被动测距方法，该方法是模仿人类利用双目感知距离的一种测距方法。其主要是运用两台摄像机对公共视野范围内同一物体在不同位置成像获得立体相对，并根据成像视差测量物体的距离信息。现有的双目立体视觉测距系统都是通过单一源的可见光图像传感器实现的。然而当遭遇大雾、下雨等能见度比较低的恶劣天气或其它复杂环境时，仅仅依靠一对可见光摄像机实现目标测距是比较困难的。随着科学技术的飞速发展，多传感器技术的应用日益广泛。如果能够在可见光摄像机基础上融合其它类型传感器信息，就可以为复杂环境下的目标测距提供更加丰富的信息。2011年浙江理工大学王雷雷的硕士论文《基于可见光与红外汽车夜视系统目标测距》中提出了一种主动红外的双目视觉测距系统。这种主动红外摄像机通过红外灯发出红外线，利用CXD或CMOS感受红外光的光谱(即可以感受可见光，也可以感受红外光)，配合红外灯作为“照明源”实现成像。由此可见，该系统需要由红外灯发射红外光照射目标才能由CXD或CMOS观察到，因此需要携带红外探照灯和额外的电源；并且该系统的作用距离还受限于红外探照灯的功率，因此主动式红外探测器适用于室内。使用于室外时，受环境气候影响较大。如遇雾天、下雪、下雨、刮风沙等恶劣天气时，能见度下降，作用距离因此而缩短。此夕卜，其接受光谱的设备CCD或CMOS依然是可见光摄像机。不同于主动红外探测器，热像仪是一种对物体散发出的红外线进行感光成像的设备，可以将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像上的不同颜色代表被测物体的不同温度，因此并不需要额外的光源。热像仪采集的图像具有很好的云雾穿透、以及特殊的识别伪装的能力。而可见光`摄像机有较高的时空分辨率，所成的图像含有丰富的几何和纹理细节。这两种图像的信息具有互补性，冗余性，可以利用它们来改变实际应用中单一成像传感器的不足，从而有效拓展目标检测的空间和时间覆盖范围，提高系统的空间分辨率以及目标检测和抗干扰能力。因此如果能够利用红外-可见光图像实现双目测距可以提高图像的信息量，提供目标的位置信息，这对于复杂背景条件下目标跟踪、事先预警等是非常有意义的。传统的双目测距方法是利用两台性能参数完全一致的可见光摄像机，将其置于平行摄像模式，根据三角形原理求解目标的距离信息。此外，虽然立体平行摄像系统成像模型简单便于计算，可是不允许摄像机左右旋转，从而大大减小了摄像机的等效视界，甚至会造成盲区。理论上，对于立体视觉而言只要两台摄像机的内参数(焦距、主点等)及外参数(两台摄像机的相对位置关系)已知，即可根据透视投影矩阵实现三维重建从而获取空间任意点的三维空间坐标。这样即可不受视野限制，扩大系统的测距范围。此外，如果两台摄像机相对位置关系为已知更可以大大降低双目测距的难度。实际上，两台摄像机的相对位置通常是指两个镜头光心的相对位置。然而镜头光心并不是一个明确定义的不变的物理位置，它看不见摸不着，经常随着镜头焦距的变换或者镜头位置的变化而移动，因此实际操作中很难测量光心到各个点的距离。目前主要通过标定算法对摄像系统进行精确标定获取外参数。然而精确的标定算法大多需要借助额外的标定模板，操作复杂，耗时较长，而且一旦摄像系统的任意参数发生变化就需要重新标定，只适用于摄像机固定的场所。因此如果能够简单获取摄像机的相对位置关系将大大降低测距系统的复杂度。

发明内容
本发明解决的技术问题是一种避免重复标定摄像系统参数的基于双目立体视觉的测距方法，该方法主要用于计算机视觉领域。为解决上述技术问题，本发明一种基于双目立体视觉的测距方法，该方法通过旋转左右两台摄像机来实现汇聚模式下的测距，包括以下步骤:步骤1、设置两个固定点Rl和R2，并测量这两个固定点之间的垂直间距t和水平间距r，将旋转前左光心O1与固定点Rl的连接线围绕着固定点Rl旋转、旋转前右光心O2与固定点R2的连接线围绕着固定点R2旋转使得旋转后的两个光轴相交；其中，旋转前两个光轴平行；步骤2、采集一组图像，并在交汇视野范围内任选三个空间参考点Q1、Q2、Q3，分别确定三个空间参考点在左视图中的横坐标和右视图中的横坐标，并测量三个空间参考点与固定点Rl之间的水平距离和垂直距离；步骤3、根据三角形的相似原理，构建上述三个空间参考点与固定点Rl构成的透视投影关系1 型；步骤4、利用步骤3建立的三个空间参考点与固定点Rl构成的透视投影关系模型来确定固定点Rl与旋转前左光心O1之间的垂直间距nl和水平间距ml、固定点R2与旋转前右光心O2之间的垂直间距n2和水平间距m2、左镜头的主点横坐标Utjl和右镜头的主点横坐标Utj2 ；步骤5、选取待测目标点P，并根据步骤4中获得的固定点Rl与旋转前左光心O1之间的垂直间距nl和水平间距ml以及固定点R2与旋转前右光心O2之间的垂直间距n2和水平间距m2、左镜头的主点横坐标Utjl和右镜头的主点横坐标Utj2来确定待测目标点P在以固定点Rl为原点的坐标系下的距离关系即待测目标点P与固定点Rl之间的水平间距X。和垂直距离W、待测目标点P到固定点Rl的直线距离I1、待测目标点P到固定点Rl的水平间距Xtl与待测目标P到固定点Rl的直线距离I1的夹角Θ。进一步地优选方案，本发明基于双目立体视觉的测距方法中，所述步骤3中建立的三个空间参考点与固定点Rl构成的透视投影关系模型如下:
权利要求
1.一种基于双目立体视觉的测距方法，该方法通过旋转左右两台摄像机来实现汇聚模式下的测距，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、设置两个固定点Rl和R2，并测量这两个固定点之间的垂直间距t和水平间距r，将旋转前左光心O1与固定点Rl的连接线围绕着固定点Rl旋转、旋转前右光心O2与固定点R2的连接线围绕着固定点R2旋转使得旋转后的两个光轴相交；其中，旋转前两个光轴平行； 步骤2、采集一组图像，并在交汇视野范围内任选三个空间参考点Qp Q2、Q3,分别确定三个空间参考点在左视图中的横坐标和右视图中的横坐标，并测量这三个空间参考点与固定点Rl之间的水平距离和垂直距离； 步骤3、根据三角形的相似原理，构建上述三个空间参考点与固定点Rl构成的透视投影关系1 型； 步骤4、利用步骤3建立的三个空间参考点与固定点Rl构成的透视投影关系模型来确定固定点Rl与旋转前左光心O1之间的垂直间距nl和水平间距ml、固定点R2与旋转前右光心O2之间的垂直间距n2和水平间距m2、左镜头的主点横坐标Utjl和右镜头的主点横坐标U02 ; 步骤5、选取待测目标点P，并根据步骤4中获得的固定点Rl与旋转前左光心O1之间的垂直间距nl和水平间距ml以及固定点R2与旋转前右光心O2之间的垂直间距n2和水平间距m2、左镜头的主点横坐标Utjl和右镜头的主点横坐标Utj2来确定待测目标点P在以固定点Rl为原点的坐标系下的距离关系即待测目标点P与固定点Rl之间的水平间距Xtl和垂直距离Ζ(Ι1、待测目标点P到固定点Rl的直线距离I1、待测目标点P到固定点Rl的水平间距X。与待测目标P到固定点Rl的直线距离I1的夹角Θ。
2.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的测距方法，其特征在于，所述步骤3中建立的三个空间参考点与固定点Rl构成的透视投影关系模型如下:
3.根据权利要求2所述的基于双目立体视觉的测距方法，其特征在于，所述步骤5中利用下式确定待测目标点P在以固定点Rl为原点的坐标系下的距离关系:
4.根据权利要求2或3所述的基于双目立体视觉的测距方法，其特征在于，所述三个空间参考点与固定点Rl构成的透视投影关系模型中的三个参考点Q1、Q2、Q3到固定点R1的水平距离XtlOO和垂直距离ZtllGO通过测量得到。
5.根据权利要求2或3所述的基于双目立体视觉的测距方法，其特征在于，所述三个空间参考点与固定点Rl构成的透视投影关系模型中的三个参考点Q1、Q2、Q3到固定点R1的水平距离XtlOO和垂直距离ZtllGO通过下式确定:
6.根据权利要求1所述的基于双目立体视觉的测距方法，其特征在于，所述步骤5中待测目标点P的选取范围为步骤2中采集的一组图像内选取或重新采集一组图像并在该图像中选取。
7.一种实现权利要求1至6中任意一项所述测距方法的系统，其特征在于，包括两台摄像装置、左转台和右转台，所述两台摄像装置分别设置在左转台和右转台上，将左转台和右转台的旋转中心作为两个固定点，通过旋转左右转台使得两台摄像装置实现交汇模式。
8.根据权利要求7所述的测距系统，其特征在于:所述两台摄像装置分别为热像仪和可见光CXD摄像机。
9.根据权利要求7所述的测距系统，其特征在于:所述两台摄像装置均为可见光CCD摄像机。
10.根据权利要求7所述的测距系统，其特征在于:所述两台摄像装置均为热像仪。
全文摘要
本发明公开了一种基于双目立体视觉的测距方法及系统，该方法通过获得两个固定点之间的位置关系从而转换为以一个固定点为原点构建测距模型，根据该模型通过简单的标定即可获取未知参数，实现目标测距；同时利用热像仪与可见光CCD摄像机组成的异源测距，提高了红外-可见光图像的信息量，提供了目标的位置信息。
文档编号G01C3/14GK103245322SQ201310121750
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者曹力, 陈文 申请人:南京航空航天大学