專利名稱：基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)、計算機視覺技術(shù)在立體視覺測量方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
基于計算機視覺的雙目立體視覺三維測量與立體重構(gòu)技術(shù)，是一門新興的、極具發(fā)展?jié)摿蛯嵱脙r值的應(yīng)用技術(shù)，可被廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、地理勘測、醫(yī)學(xué)整容、骨科矯形、文物復(fù)制、刑偵取證、保安識別、機器人視覺、模具快速成型、禮品、虛擬現(xiàn)實、動畫電影、游戲等許多應(yīng)用領(lǐng)域。
立體視覺的基本原理是從兩個視點觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，通過三角測量原理計算圖像像素間的位置偏差、即視差，來獲取景物的三維信息，這一過程與人類視覺的立體感知過程是類似的。
目前要實現(xiàn)一個完整的立體視覺系統(tǒng)通常需要圖像獲取、攝象機標(biāo)定、特征提取、立體匹配、深度確定及內(nèi)插等6個大部分內(nèi)容支持。利用低層圖像處理技術(shù)對雙目圖像進(jìn)行分析，選擇圖像對中的目標(biāo)特征井求解特征間的對應(yīng)關(guān)系，通過圖像匹配技術(shù)得到目標(biāo)視差，從而轉(zhuǎn)化為主體所需的深度信息。圖像獲取-攝像機標(biāo)定-圖像分割-特征提取-立體圖像匹配-距離確定已成為立體視覺系統(tǒng)處理的主線。
在圖像獲取手段方面，由于傳統(tǒng)視覺環(huán)境感知系統(tǒng)視場有限，經(jīng)常存在跟蹤目標(biāo)丟失的現(xiàn)象，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)視覺環(huán)境感知系統(tǒng)一次只能獲取周圍環(huán)境局部視場的信息，大部分視場信息被放棄了；在雙目視覺中的成像系統(tǒng)模型的選擇方面，目前主要雙目橫模型結(jié)構(gòu)和雙目軸模型結(jié)構(gòu)這兩種模型。
為了從二維圖像中獲得被測物體特征點的三維坐標(biāo)，雙目視覺測量系統(tǒng)至少從不同位置獲取包含物體特征點的兩幅圖像。目前這類系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為交叉擺放的兩個攝像機從不同角度觀測同一被測物體，原理上是從不同位置或者不同角度獲取同一物體特征點的圖像坐標(biāo)來求取該物點的三維坐標(biāo)。從不同位置或者不同角度獲取兩幅圖像可以采用兩個攝像機，也可以由一個攝像機通過運動，在不同位置觀測同一靜止的物體，也可以由一個攝像機，加上光學(xué)成像方式來實現(xiàn)。
以往的雙目立體視覺測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是兩個攝像機斜置于基座上，如附圖14所示，中間放線路板，照明燈放在中間前部。這種設(shè)計有許多不合理的地方；由于基線距是兩個攝像機頭中心之間的距離，因此，實際的基線距B比視覺系統(tǒng)的橫向?qū)挾萀要小許多，攝像機和雙目立體視覺標(biāo)定也比較麻煩；另一種雙目立體視覺測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是兩個攝像機前面各擺放一個平面反射鏡，如附圖15所示，用它來調(diào)整攝像機的測量角度，這種結(jié)構(gòu)實際上把兩個攝像機成像在有限的空間內(nèi)增大了系統(tǒng)基線距B的值，而系統(tǒng)的體積并不發(fā)生顯著變化，這種改進(jìn)結(jié)構(gòu)有更大的基線距B，能得到更高的測量精度，而且縱向尺寸大大縮短，整個系統(tǒng)的體積更小，重量更輕，便于固定。
通過由一個攝像機通過運動，在不同位置觀測同一靜止的物體方法也可以實現(xiàn)雙目視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如附圖16所示；攝像機僅僅沿X方向移動，這時系統(tǒng)的基線距B與攝像機的移動距離有關(guān)。如果攝像機事先移動的兩個位置確定下來，該系統(tǒng)只需要標(biāo)定一次即可實現(xiàn)雙目立體視覺測量系統(tǒng)，否則系統(tǒng)在各個移動位置必須重新標(biāo)定。這種結(jié)構(gòu)的特點是采用單攝像機，能降低成本；根據(jù)攝像機的移動位置不同，很容易構(gòu)成不同基線距的雙目視覺測量系統(tǒng)，具有很大的靈活性。但是這種機構(gòu)對攝像機的移動位置要求比較高，必須保證移動前后的位置準(zhǔn)確性，因為攝像機在兩個位置的固定是在測量過程中進(jìn)行的，因此測量速度不可能很快。對于要在線測量的應(yīng)用場合，這種機構(gòu)顯然不能滿足要求。
將光學(xué)成像系統(tǒng)和單攝像機結(jié)合也能獲取被測物體的立體圖像，這種光學(xué)成像系統(tǒng)實際上是一些棱鏡、平面反射鏡或球面反射鏡組成的具有折射兼反射功能的光學(xué)系統(tǒng)，我們將其稱為鏡像式雙目視覺測量系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以做的很小，但可以獲得很大的基線距，從而能提高測量精度。通過改變兩組平面鏡的擺放角度，就可以改變兩個虛擬攝像機之間的距離，由于兩個虛擬攝像機是由同一個攝像機鏡像來的，因此采集圖像的兩個“攝像機”的參數(shù)完全一致，具有極好的對稱性。另外，對物體特征點的三維測量，只需一次采集就可以獲得物體特征點的兩幅圖像，從而提高了測量速度。但這種結(jié)構(gòu)的一個最大缺點是由于一幅圖像包括了的特征點“兩幅”圖像，允許的圖像視差減小了一半，因此視覺系統(tǒng)的測量范圍至少也減少了一半。同樣在圖像的中央是“兩幅”圖像的相交處，圖像變得不可利用，而對一個攝像機來說，圖像中央應(yīng)該是成像質(zhì)量最好和受鏡頭畸變影響最小的地方。
上述的立體視覺系統(tǒng)都存在著比較繁瑣的標(biāo)定工作，所謂的攝像機標(biāo)定是為了確定攝像機的位置、屬性參數(shù)和建立成像模型，以便確定空間坐標(biāo)系中物體點同它在圖像平面上像點之間的對應(yīng)關(guān)系。攝像機標(biāo)定需要確定攝像機內(nèi)部幾何和光學(xué)特性和相對一個世界坐標(biāo)系的攝像機坐標(biāo)系的三維位置和方向。在目前的立體視覺技術(shù)中攝像機標(biāo)定必須解決兩個問題，一個是單個攝像機參數(shù)的標(biāo)定，另一個是雙目攝像機參數(shù)的標(biāo)定。
特征提取是為了得到匹配賴以進(jìn)行的圖像特征，由于目前尚沒有一種普遍適用的理論可運用于圖像特征的提取，從而導(dǎo)致了立體視覺研究中匹配特征的多樣性。目前，常用的匹配特征主要有點狀特征、線狀特征和區(qū)域特征等。
立體匹配是指根據(jù)對所選特征的計算，建立特征之間的對應(yīng)關(guān)系，將同一個空間物理點在不同圖像中的映像點對應(yīng)起來。立體匹配是立體視覺中最重要也是最困難的問題。當(dāng)空間三維場景被投影為二維圖像時，同一景物在不同視點下的圖像會有很大不同，而且場景中的諸多因素，如光照條件，景物幾何形狀和物理特性、噪聲干擾和畸變以及攝像機特性等，都被綜合成單一的圖像中的灰度值。因此，要準(zhǔn)確地對包含了如此之多不利因素的圖像進(jìn)行無歧義的匹配，顯然是十分困難的，至今這個問題還沒有得到很好的解決。立體匹配的有效性有賴于三個問題的解決，即選擇正確的匹配特征，尋找特征間的本質(zhì)屬性及建立能正確匹配所選擇特征的穩(wěn)定算法。
距離確定是通過特征選取、圖像匹配，利用視點幾何來求取目標(biāo)點的距離。
立體視覺測量是模仿人類利用雙目線索感知距離的方法，實現(xiàn)對三維信息的感知，在實現(xiàn)上采用三角測量的方法，運用兩個攝像機對同一物點從不同位置成像，并進(jìn)而從視差中計算出距離。但是目前立體視覺的技術(shù)還無法達(dá)到全方位的實時感知，在攝像機標(biāo)定、特征提取和立體圖像匹配方面還沒有得到很好的解決。
目前雙目立體視覺測量系統(tǒng)的一個局限性是焦距固定，由于一個固定的焦距只能在一定景深范圍內(nèi)清晰拍攝圖像，因而限制了測試區(qū)域；標(biāo)定技術(shù)還沒有很好解決，立體視覺測量系統(tǒng)在各種運動中變化參數(shù)是不可避免的，比如運輸過程中的震動、工作沖擊等的影響，而實際中又不可能總是放幾張棋盤在“眼前”進(jìn)行標(biāo)定，因而限制了許多應(yīng)用；雙目立體視覺測量系統(tǒng)還沒有實現(xiàn)小型化、微型化，使得在機器人、航模等領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制；計算量大，難以進(jìn)行實時處理，因而限制了實時目標(biāo)辨識等應(yīng)用；雙目視覺的對應(yīng)點匹配歧異性大，造成了匹配的誤差，影響了匹配精度。
近年發(fā)展起來的全方位視覺傳感器ODVS(OmniDirectionalVisionSensors)為實時獲取場景的全景圖像提供了一種新的解決方案。ODVS的特點是視野廣(360度)，能把一個半球視野中的信息壓縮成一幅圖像，一幅圖像的信息量更大；獲取一個場景圖像時，ODVS在場景中的安放位置更加自由；監(jiān)視環(huán)境時ODVS不用瞄準(zhǔn)目標(biāo)；檢測和跟蹤監(jiān)視范圍內(nèi)的運動物體時算法更加簡單；可以獲得場景的實時圖像。同時也為構(gòu)建雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量系統(tǒng)提供了一個基本要素。
中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?00510045648.1公開了一種全向立體視覺成像方法及裝置，該專利中將一透視相機鏡頭的光軸和兩反射鏡面的共同對稱軸重合放置，空間中的一點分別經(jīng)兩反射鏡面反射后分別在所述透視相機的像平面成像于不同的兩點，相當(dāng)于兩個相機成像；裝置包括兩個反射鏡面、相機，所述相機鏡頭的光軸和兩反射鏡面的共同對稱軸重合。這種方案的存在的問題是1)由于一幅圖像包括了的特征點“兩幅”全向圖像，允許的圖像視差減小了一半，因此視覺系統(tǒng)的測量范圍至少也減少了一半；2)上下兩個反射鏡面會出現(xiàn)遮擋，影響立體視覺范圍；3)由于同一物體的特征點在上下兩個反射鏡面上經(jīng)折反射后的成像點在一幅圖像上離中心點的位置不同，上反射鏡面的成像分辨率要比下反射鏡面的成像分辨率高兩倍以上；4)由于透視相機鏡頭存在的對焦問題，只能滿足兩個反射鏡面中的某一個反射鏡面為最佳焦距，因而必然會影響成像質(zhì)量；5)兩個反射鏡面的焦點距離就是該系統(tǒng)的基線距，因而造成基線距過短，影響測量精度。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有全向立體視覺成像裝置的測量范圍小、成像質(zhì)量差、測量精度低的不足，本發(fā)明提供一種增大測量范圍、提高成像質(zhì)量和測量精度的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，包括兩臺具有相同平均分辨率的全方位視覺傳感器、連接單元和用于對兩臺全方位視覺傳感器的圖像進(jìn)行三維立體視覺重建的微處理器，所述全方位視覺傳感器包括一次折反射鏡面、二次折反射鏡面、透明外罩和攝像部件，所述一次折反射鏡面和二次折反射鏡面安裝在透明外罩上，所述攝像部件位于一次折反射鏡面后面的視點上，所述二次折反射鏡面位于一次折反射鏡面的前面，所述一次折反射鏡面和二次折反射鏡面上均開有一個小孔，所述二次折反射鏡面內(nèi)嵌入廣角鏡頭，所述攝像部件鏡頭、廣角鏡頭、一次折反射鏡和二次折反射鏡的中心軸配置在同一軸心線上，所述兩臺全方位視覺傳感器的后側(cè)通過連接單元連接； 所述一次折反射鏡面和二次折反射鏡面的曲線是按照平均角分辨率方式進(jìn)行設(shè)計，具體有 一次入射光線V1與折反射主軸Z的夾角為Φ，一次反射光線V2與折反射主軸Z的夾角為θ2，過P1點(t1，F(xiàn)1)的切線與t軸的夾角為σ，法線與Z軸的夾角為ε；二次反射光線V3與折反射主軸Z的夾角為θ1，過P2點(t2，F(xiàn)2)的切線與t軸的夾角為σ，法線與Z軸的夾角為ε1，基于上述關(guān)系可以得到公式(1)
其中， 式中，F(xiàn)1是一次折反射鏡面曲線，F(xiàn)2是二次折反射鏡面曲線； 利用三角關(guān)系并進(jìn)行簡化整理，得到公式(2)、(3) 上式中， 解公式(2)、(3)可以得到公式(4)、(5)； 式中F′1為F1曲線的微分，F(xiàn)′2為F2曲線的微分； 建立一種像素點P到Z軸距離與入射角φ之間的線性關(guān)系，用公式(6)來表示， φ＝a0*P+b0(6) 式中a0、b0是任意參數(shù)， 將攝像單元的焦距作為f，P為像素到Z軸的距離，在二次反射鏡面上的反射點(t2，F(xiàn)2)；則根據(jù)成像原理，P由公式(7)表示 將式(7)代入式(6)，可得公式(8)， 根據(jù)折反射原理公式(8)用公式(9)表示 利用公式(2)、(3)、(9)，利用4階Runge-Kutta算法求和F2的F1數(shù)字解，計算得到一次折反射鏡面和二次折反射鏡面的曲線； 所述的微處理器包括視頻圖像讀取單元，用于讀取兩個具有相同平均角分辨率的無死角的全方位視覺傳感器的視頻圖像，并保存在指定的存儲設(shè)備中，其輸出與視頻圖像展開單元連接；視頻圖像展開單元，用于對具有平均角分辨率的無死角的全方位視覺傳感器的原始視頻圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，圖像預(yù)處理中首先將組合攝像單元所拍攝的圖像單獨分離出來，然后對全方位圖像進(jìn)行展開，展開后的結(jié)果保存在指定的存儲單元中，其輸出與物點匹配單元連接；物點匹配單元，用于找出同一時刻兩個不同視點的圖像中同一物點對應(yīng)的兩個像點，其輸出與空間信息計算單元連接；空間信息計算單元，用于計算空間上的物點到立體視覺測量裝置中心點的距離、方位角以及入射角，其輸出與色感信息計算單元連接；色感信息計算單元，用于計算空間上物點的色感信息，采用在兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量的平均值(R，G，B)作為“中央眼”視覺的顏色編碼，其輸出與三維圖像重構(gòu)單元連接；三維圖像重構(gòu)單元，用于重構(gòu)出以人為視覺空間的中心的三維立體圖像，采用基于等距離球表面各斷層上提取的二維輪廓線構(gòu)造斷層間的實體表面段，由所有這些等距離各斷層間的實體表面段組成對象的輪廓面，進(jìn)而重建出三維圖像。
作為優(yōu)選的一種方案所述的視頻圖像展開單元還包括方位角對齊子單元；所述的方位角對齊子單元，用于對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角。
作為優(yōu)選的另一種方案在所述色感信息計算單元中，三維球面坐標(biāo)系的原點就是立體視覺測量裝置中心點，采用“中央眼”視覺方式來描述空間上物點的信息(r，Φ，β，R，G，B)，r為球面坐標(biāo)原點O與物點之間的距離，Φ為球面坐標(biāo)原點O與物點之間的連線與Z軸正向所夾的角，β為從正Z軸來看自x軸按逆時針方向轉(zhuǎn)到有向線段OP的角，該角就對應(yīng)著我們上面所述的方位角；這里P為點C在xoy平面上的投影，R為“中央眼”的紅色分量的平均值，G為“中央眼”的綠色分量的平均值，B為“中央眼”的藍(lán)色分量的平均值；所述的“中央眼”是雙目視覺基線距的中點，是通過兩個構(gòu)成雙目全方位視覺傳感器的視點之間的連線中心點來算得到。
作為優(yōu)選的再一種方案在所述的方位角對齊子單元中，對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角的過程為對于同一個空間上的物點C在雙目視覺范圍內(nèi)在兩個ODVS的全景原圖中存在著兩個成像點Cdown(Φ1，β1)和Cup(Φ2，β2)，且這兩個成像點的方位角相同的，即β1＝β2；則對應(yīng)在球面展開圖中這兩個點的X坐標(biāo)也必須相同，即x1＝x2；根據(jù)上述X坐標(biāo)相同來對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角。
進(jìn)一步，在所述的空間信息計算單元中，設(shè)定在方位角對齊單元中確定了物點的方位角β，然后根據(jù)等平均角分辨率的設(shè)計，任何一個空間物點在兩個ODVS上的兩個成像點的所表示緯度值必定要滿足以下關(guān)系式； 180°≤φ1+φ2≤2φmax (23) 式中，Φ1為下ODVS上的成像物點的入射角，Φ2為上ODVS上的成像物點的入射角，φmax為ODVS的成像物點的最大入射角，即仰角； 根據(jù)公式(23)所確定的范圍，在同一方位角內(nèi)，即在附圖13所示的Y方向上尋找匹配點，得到物點C在雙目視覺范圍內(nèi)在兩個ODVS上的兩個成像點Cdown(Φ1，β)和Cup(Φ2，β)，接著利用三角關(guān)系式求O點與C點的距離r， 其中，∠A＝180-Φ2，∠B＝180-Φ1，c為上下兩個ODVS視點之間的距離； 通過物點到立體視覺測量裝置中心點的距離、方位角信息來求物點到立體視覺測量裝置中心點的入射角Φ，計算公式由公式(24)給出， 式中，Φ為“中央眼”觀察物點的入射角，c為雙目系統(tǒng)的A點和B點之間的距離，r為特征點到“中央眼”的距離，Φ2為上ODVS的入射角。
作為優(yōu)選的再另一種方案在所述的色感信息計算單元中，采用在兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量的平均值(R，G，B)作為“中央眼”視覺的顏色編碼，首先讀取兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量RODVS1、RODVS2、GODVS1、GODVS2、BODVS1和BODVS2的數(shù)據(jù)，然后采用在兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量的平均值作為“中央眼”視覺的顏色編碼；計算公式由公式(26)表示； 式中，R為“中央眼”的紅色分量的平均值，RODVS1為全方位視覺傳感器1的紅色分量，RODVS2為全方位視覺傳感器2的紅色分量，G為“中央眼”的綠色分量的平均值，GODVS1為全方位視覺傳感器1的綠色分量，GODVS2為全方位視覺傳感器2的綠色分量，B為“中央眼”的藍(lán)色分量的平均值，BODVS1為全方位視覺傳感器1的藍(lán)色分量，BODVS2為全方位視覺傳感器2的藍(lán)色分量；它們的取值范圍均為0～255； 采用“中央眼”視覺方式來描述空間上物點的信息(r，Φ，β，R，G，B)，其中r表示物點的距離感信息，Φ和β表示物點的方向感信息，R、G、B綜合表示物點的色感信息。
進(jìn)一步，在所述的三維圖像重構(gòu)單元中，采用基于等距離球表面各斷層上提取的二維輪廓線構(gòu)造斷層間的實體表面段，由所有這些等距離各斷層間的實體表面段組成對象的輪廓面，進(jìn)而重建出三維圖像；具體算法是 1)利用公式(22)求最近雙目可視距離rmin，對于上下兩個ODVS來說，成像物點都為最大入射角φmax時就是最近雙目可視距離rmin；求“中央眼”觀察物點的入射角Φ，公式(24)是利用三角函數(shù)關(guān)系并整理后得到的入射角Φ計算方法， 式中，Φ為“中央眼”觀察物點的入射角，c為雙目系統(tǒng)的A點和B點之間的距離，r為特征點到“中央眼”的距離，Φ2上ODVS的入射角； 2)在某個距離值r和方位角β的情況下，改變?nèi)肷浣铅担ㄟ^公式(25)、(26)計算得到特征點在兩眼上的入射角Φ1、Φ2， 式中，Φ為“中央眼”觀察物點的入射角，入射角Φ的變化范圍滿足公式(23)，c為雙目系統(tǒng)的A點和B點之間的距離，r為特征點到“中央眼”的距離，Φ1為下ODVS的入射角，Φ2為上ODVS的入射角； 3)判斷所計算的Φ1和Φ2是否超過最大入射角φmax，如果超過進(jìn)行下面的計算，否則重復(fù)2)； 4)得到等距離球表面斷層上的二維輪廓線，在某個距離值r的情況下，方位角β初始值選為0，改變方位角，采用等步長Δβ＝2π/l，判斷方位角β是否為2π，如果大于或等于2π進(jìn)行下面的計算，否則跳轉(zhuǎn)到2)； 5)得到等距離球表面斷層上的三維輪廓面，采用等步長Δr改變r，即在原來的r值上增加一個Δr值，判斷r值是否超過某一規(guī)定值，如果小于該規(guī)定值跳轉(zhuǎn)到2)，否則繼續(xù)下面的計算； 6)將得到的一系列等距離球表面斷層上的三維輪廓面按序列進(jìn)行拼接得到三維圖像。
更進(jìn)一步，所述透明外罩呈碗狀，包括半圓球和圓臺的形體，所述半圓球的球心與全方位視覺傳感器的視點重合，在半圓球部分的半徑處與圓臺部分過渡。
再進(jìn)一步，兩個全方位視覺傳感器之間呈雙目全方位視覺軸模型結(jié)構(gòu)，雙目全方位視覺軸模型結(jié)構(gòu)的視點A和視點B所處的軸的位置在Z軸上，將A點和B點之間的距離為成人的兩眼之間的距離。
或者是兩個全方位視覺傳感器之間呈雙目全方位視覺橫模型結(jié)構(gòu)，雙目全方位視覺橫模型結(jié)構(gòu)的視點A和視點B所處的軸的位置在Y軸上，將A點和B點之間的距離為成人的兩眼之間的距離的。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、獲取實時的360°*360°全方位立體視頻圖像，并通過幾何計算得到整個監(jiān)控球面的全景圖像，跟蹤的監(jiān)控物體不會出現(xiàn)丟失；2、采用了平均角分辨率的ODVS設(shè)計，使得整個監(jiān)控球面的圖像無形變，解決了折反射ODVS的圖像失真，為實現(xiàn)對大空間內(nèi)的快速移動目標(biāo)對象的實時跟蹤提供了完整的理論體系和模型；3、提供了一種全新的全方位雙眼視功能，在兩個合成的ODVS視覺重疊區(qū)域，雙目立體全方位視覺傳感裝置具有同時知覺、融合力和立體感；4、由于對組成雙目立體全方位視覺傳感裝置的每個ODVS采用了平均角分辨率設(shè)計，采集圖像的兩個攝像機的參數(shù)完全一致，具有極好的對稱性，在球面坐標(biāo)的情況下獲取實時視頻圖像，能實現(xiàn)快速的點與點的匹配，為后續(xù)的立體圖像處理提供了極大的方便；5、不在需要繁瑣的攝像機標(biāo)定工作、特征提取十分方便、能實現(xiàn)快速的立體圖像匹配；6、由于ODVS的設(shè)計采用的是折反射技術(shù)，因而不存在固定的焦距的問題，在任何區(qū)域范圍內(nèi)圖像的清晰度是一樣的；7、采用了二次折反射成像技術(shù)，容易實現(xiàn)小型化、微型化；8、在圖像的獲取手段立體匹配、三維圖像重構(gòu)等上采用了同一極球面坐標(biāo)處理手段，可利用數(shù)字幾何的計算方法能容易實現(xiàn)三維圖像重構(gòu)和三維物體測量?？蓮V泛的應(yīng)用于各種工業(yè)檢測、地理勘測、醫(yī)學(xué)整容、骨科矯形、文物復(fù)制、刑偵取證、保安識別、機器人視覺、模具快速成型、禮品、虛擬現(xiàn)實、人體測量、動畫電影、游戲等許多應(yīng)用領(lǐng)域。



圖1為一種視場范圍360°*240°的全方位視覺傳感器的結(jié)構(gòu)圖； 圖2為采用消除了死角的全方位視覺傳感器所拍攝的圖像； 圖3為攝像部件鏡頭與廣角鏡頭進(jìn)行組合的光學(xué)原理圖； 圖4為基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置的橫模型結(jié)構(gòu)圖； 圖5為基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置的縱模型結(jié)構(gòu)圖； 圖6按二次折反射原理以及平均角分辨率來設(shè)計的ODVS說明圖； 圖7為利用4階Runge-Kutta算法求和F2的數(shù)字解的折反射鏡面曲線圖； 圖8為ODVS的透視投影圖； 圖9為基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置的處理結(jié)構(gòu)框圖； 圖10為立體視覺測量裝置測量物點的示意圖； 圖11為基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置中的下ODVS所抓拍的全景圖像以及展開圖； 圖12為基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置中的上ODVS所抓拍的全景圖像以及展開圖； 圖13為基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置中的上下ODVS的展開圖； 圖14為傳統(tǒng)雙目視覺傳感器的結(jié)構(gòu)圖； 圖15為通過改進(jìn)的傳統(tǒng)雙目視覺傳感器的結(jié)構(gòu)圖； 圖16為運動式單攝像機雙目視覺測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖； 圖17為基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置中的客觀視覺與主觀視覺的關(guān)系示意圖； 圖18為雙目視覺中的中央眼的概念圖； 圖19為在立體視覺測量裝置中對空間物體的數(shù)據(jù)采集、加工、描述、表達(dá)過程中采用的一種統(tǒng)一的球面坐標(biāo)。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照圖1～13，一種基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，是由兩臺具有相同平均角分辨率的無死角的全方位視覺傳感器進(jìn)行背靠背組裝合成的；具有平均角分辨率的無死角的全方位視覺傳感器(ODVS)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，將兩臺具有相同平均角分辨率的無死角全方位視覺傳感器用一連接件進(jìn)行連接，攝像機的視頻線與電源線通過連接件中的孔引出，如附圖9所示；每個ODVS的攝像機的視頻線分別接入視頻圖像讀取單元，由于每個ODVS的攝像機的視頻獲取信息能達(dá)到360°*240°視場范圍，并且在垂直(入射角)方向上具有平均角分辨率，因此能容易實現(xiàn)兩個ODVS之間的圖像信息融合；視頻圖像讀取單元分別讀取每個ODVS的攝像機的視頻信息并暫時保存在每個ODVS相對應(yīng)的存儲空間內(nèi)(ODVStmp1、ODVStmp2)；視頻圖像展開單元不斷地讀取存儲空間(ODVStmp1、ODVStmp2)內(nèi)的原始視頻信息，通過展開算法對每個ODVS的攝像機所獲取的視頻信息進(jìn)行展開運算，每個ODVS展開前后的圖像如附圖11、附圖12所示；在展開圖中橫坐標(biāo)表示方位角，縱坐標(biāo)表示入射角；然后并將各自的展開計算結(jié)果暫時保存在相對應(yīng)的存儲空間內(nèi)；物點匹配單元首先對每個ODVS的展開計算結(jié)果進(jìn)行拼接，拼接的原則是對齊上下兩個ODVS的方位角，使得空間上的同一物點在拼接圖中在一條垂直線上，如附圖13所示；然后進(jìn)行成像物點之間的匹配；物點距離計算單元，用于計算空間物點的距離從而得到該物點的深度信息，根據(jù)物點匹配單元中找到相應(yīng)匹配點后，通過所獲得的兩個入射角數(shù)據(jù)和兩個ODVS視點之間的距離求得以計算得到空間物點的實際距離；立體圖像匹配單元，用于將空間圖像上邊緣上的所有點進(jìn)行匹配，為三維重建及三維識別打好基礎(chǔ)，在立體圖像匹配單元中所采用的算法是利用邊緣約束來實現(xiàn)邊緣上的點與點的快速匹配；三維圖像重構(gòu)單元，采用三維面繪制手段，本發(fā)明中采用基于各斷層上提取的二維輪廓線構(gòu)造斷層間的實體表面段，由所有這些各斷層間的實體表面段組成對象的輪廓面，進(jìn)而重建出三維圖像。整個處理流程如附圖9所示； 要實現(xiàn)兩個ODVS的展開圖進(jìn)行拼接，其關(guān)鍵點是要實現(xiàn)兩個ODVS之間的圖像信息融合，從方位角和入射角上能實現(xiàn)方便運算，引入一個經(jīng)緯度的概念，將圖4所示的雙目ODVS的視場用球面來考慮，對應(yīng)入射角Φ的是緯度值，對應(yīng)方位角β的是經(jīng)度值；如果在設(shè)計時將兩個ODVS的經(jīng)度進(jìn)行對齊，那么在結(jié)構(gòu)上就實現(xiàn)了極線約束條件，在結(jié)構(gòu)上滿足極線約束條件后，原來要從整個平面上檢索對應(yīng)點的問題就簡化為在一條垂直線上檢索對應(yīng)點的問題，從而為點與點之間的快速匹配提供了基礎(chǔ)；從緯度角度考慮，如果所設(shè)計的ODVS的入射角與成像平面上的像素點滿足一定的線性關(guān)系，所組合后的兩個ODVS入射角之間又是可以方便計算的，又可以將即在在一條垂直線上檢索對應(yīng)點的問題再簡化為在一條垂直線上的某個區(qū)間內(nèi)檢索對應(yīng)點的問題；因此考慮某一個拼接方向上(入射角)具有相同的平均角分辨率；所以設(shè)計具有平均角分辨率的ODVS是本發(fā)明的首要任務(wù)，要進(jìn)行平均角分辨率設(shè)計，可以歸結(jié)于折反射鏡面曲線的設(shè)計，如附圖6所示，空間上的一個光源點P的入射光V1在主反射鏡面(t1，F(xiàn)1)點上進(jìn)行反射，反射光V2反射到次反射鏡面(t2，F(xiàn)2)點上再進(jìn)行反射，反射光V3以角度θ1進(jìn)入攝像裝置的鏡頭，在攝像單元(CCD或者CMOS)上成像。
根據(jù)成像原理，一次入射光線V1與折反射主軸Z的夾角為Φ，一次反射光線V2與折反射主軸Z的夾角為θ2，過P1點(t1，F(xiàn)1)的切線與t軸的夾角為σ，法線與Z軸的夾角為ε；二次反射光線V3與折反射主軸Z的夾角為θ1，過P2點(t2，F(xiàn)2)的切線與t軸的夾角為σ，法線與Z軸的夾角為ε1，基于上述關(guān)系可以得到公式(1)
其中 式中，F(xiàn)1是一次折反射鏡面曲線，F(xiàn)2是二次折反射鏡面曲線； 利用三角關(guān)系并進(jìn)行簡化整理，得到公式(2)、(3) 上式中， 解公式(2)、(3)可以得到公式(4)、(5)； 式中F′1為F1曲線的微分，F(xiàn)2′為F2曲線的微分； 所述的成像平面上的點與入射角之間的關(guān)系來說具有某種線性關(guān)系，就是要建立一種像素點P到Z軸距離與入射角φ之間的線性關(guān)系，用公式(6)來表示， φ＝a0*P+b0(6) 式中a0、b0是任意參數(shù)， 將攝像單元的焦距作為f，P為像素到Z軸的距離，在二次反射鏡面上的反射點(t2，F(xiàn)2)。則根據(jù)成像原理，P可以由公式(7)表示 將式(7)代入式(6)，可得公式(8)， 滿足公式(8)的鏡面曲線設(shè)計符合平均角分辨率要求； 進(jìn)一步，根據(jù)折反射原理公式(8)可以用公式(9)表示， 利用公式(2)、(3)、(9)，利用4階Runge-Kutta算法求F1和F2的數(shù)字解，這樣計算得到的一次折反射鏡面和二次折反射鏡面曲線能實現(xiàn)平均角分辨率；圖7是利用4階Runge-Kutta算法求F1和F2的數(shù)字解的折反射鏡面曲線圖； 上述的ODVS的設(shè)計雖然能達(dá)到平均角分辨率要求，但是從ODVS的視點來看，由于被二次折反射鏡面所遮擋二次折反射鏡面后面的視頻信息是不可見的；為了獲取二次折反射鏡面后面的視頻信息，本發(fā)明中在二次折反射鏡面的中心部位開設(shè)了一個圓孔，在該圓孔內(nèi)嵌入了一個廣角鏡頭，該廣角鏡頭與攝像部件鏡頭組合成一個組合鏡頭；因此設(shè)計廣角鏡頭以及確定廣角鏡頭的位置是本發(fā)明的另一個任務(wù)。圖3是攝像部件鏡頭與廣角鏡頭的位置關(guān)系圖。在圖3中將廣角鏡頭配置在一次折反射鏡的前方和二次折反射鏡面上，攝像部件鏡頭、廣角鏡頭、一次折反射鏡和二次折反射鏡的中心軸配置在同一軸心線上；通過一次折反射鏡上的圓孔在廣角鏡頭與攝像部件鏡頭之間成像，稱為第一成像點，該成像點通過攝像部件鏡頭在視點處成像。這里將攝像部件鏡頭的焦點距離作為f1、廣角鏡頭的焦點距離作為f2、攝像部件鏡頭與攝像部件鏡頭的焦點的距離作為S1、從攝像部件鏡頭到第一成像點的焦點距離作為S2、從廣角鏡頭到第一成像點的距離作為S3、從廣角鏡頭到實物點的距離作為S4，根據(jù)鏡頭的成像公式可以得到以下關(guān)系式 d＝S2+S3(12) 要使公式(12)成立的話，也就是將圖3中的從第一折反射鏡面后的攝像部件鏡頭距離為d的地方配置廣角鏡頭的話，就可以得到圖2中圖像中部所顯示的廣角成像圖；但是本發(fā)明中是將廣角鏡頭配置在第二折反射鏡面上，因此將攝像部件鏡頭與廣角鏡頭的之間的距離d作為一個約束條件，只有通過設(shè)計廣角鏡頭的焦點距離f2來滿足公式(12)的要求； 對于圖3中將攝像部件鏡頭與廣角鏡頭作為一個組合鏡頭來考慮的話，其焦距f可以由下式來表示 另外，將合成鏡頭的直徑作為D，其放大倍數(shù)可以由下式來表示 為了將合成鏡頭的視場與ODVS的死角部分相吻合，在設(shè)計合成鏡頭時需要滿足以下公式 式中，θ1max是二次反射光線V3與折反射主軸Z的最大夾角；經(jīng)過上述設(shè)計的ODVS拍攝出來的圖像效果圖如圖2所示，從單個ODVS來說消除了原來ODVS的死角部分，并且通過攝像部件鏡頭與廣角鏡頭的組合方式加上第一折反射鏡面以及第二折反射鏡面的設(shè)計，能有效地覆蓋原來的ODVS的死角部分。
所述的第一折反射鏡面、第一折反射鏡面上的小孔、攝像機、透明外罩、第二折反射鏡面、廣角鏡頭在同一中心軸線上；攝像部件安置在第一折反射鏡面后部的視點位置上，如附圖6所示； 通過上述的設(shè)計每個ODVS的視場范圍可以達(dá)到240°*360°，并且具有相同的平均角分辨率，因此只要將兩個ODVS背靠背的方式用連接件進(jìn)行固定，并保證兩個ODVS的軸心線重疊，那么組合后的無死角的雙目立體全方位視覺傳感裝置的視場范圍可以達(dá)到360°*360°，兩個ODVS中的攝像機的視頻線與電源線通過連接件中的孔引出，分別接入到視頻圖像接入單元中；如果所設(shè)計的ODVS的視場范圍是240°*360°，那么就存在著兩個ODVS同時能獲取圖像的重疊視場范圍，該重疊視場范圍為60°，如附圖4中所示； 所述的視頻圖像展開單元，用于將視頻圖像接入單元中讀取的原始視頻信息進(jìn)行圖像預(yù)處理，展開成人們習(xí)慣容易觀察的圖像，對于一個球面的觀察我們可以用類似于世界地圖一樣的展開方式，具體做法是視頻圖像展開單元不斷地讀取存儲空間(ODVStmp1、ODVStmp2)內(nèi)的原始視頻信息，通過展開算法對每個ODVS的攝像機所獲取的視頻信息進(jìn)行展開運算，并將各自的展開計算結(jié)果暫時保存在相對應(yīng)的存儲空間內(nèi)； 每個ODVS通過攝像部件鏡頭與廣角鏡頭的組合方式所拍攝到的圖像位于拍攝圖像的中間，在展開全方位圖像時需要將該中心部分的圖像單獨分離出來，然后對全方位圖像進(jìn)行展開，全方位圖像展開根據(jù)實際使用的需要選擇某一種展開方式，一種展開方式是先進(jìn)行透視圖展開接著進(jìn)行展開透視圖拼接的方式； 為了對透視圖有一個較好的理解，如附圖6所示，這里我們從ODVS的視點S到透視投影坐標(biāo)原點G引一條距離為D的直線S-G，與這條S-G相垂直的平面作為透視投影平面，因此透視投影平面是與S-G連接線相垂直的平面，將G點作為原點的平面坐標(biāo)系i，j，其中i軸是與XY平面平行的橫軸，j軸是與i軸和S-G軸直角相交的縱軸，將從透視投影平面到ODVS的視點S的距離作為D，定義透視投影平面的橫幅為W，縱幅為H。由于i軸是與XY平面平行，又是與Z軸垂直的，因此所得到的透視投影平面是以G點為坐標(biāo)中心與XY平面(水平面)上旋轉(zhuǎn)一個角度，該角度就是S-G連接線與Z軸的夾角，也就是入射角Φ； 這里我們將S-G作為變換中心軸，點G作為變換中心點，用β(入射光線在XY平面上的夾角-方位角)、Φ以及距離D來表示變換中心軸，β角度在0°～360°范圍內(nèi)，β可以用式(16)來表示 β＝tan-1(Y/X)＝tan-1(y/x)(16) 一般來說，距離D越長景物越小，距離D越短景物越大； 通過透視投影平面的坐標(biāo)點P(i，j)求空間三坐標(biāo)中的P(X，Y，Z)，這樣就能得到投影平面與空間三坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，轉(zhuǎn)換關(guān)系式用公式(17)來表示 X＝R*cosβ-i*sinβ(17) Y＝R*sinβ+i*cosβ Z＝D*cosφ-j*sinφ (R＝D*sinφ+j*cosφ) 式中D為透視投影平面到ODVS視點的距離，β角度是入射光線在XY平面上投影的夾角，Φ角度是入射光線與Z軸的夾角，i軸是與XY平面平行的橫軸，j軸是與i軸和S-G軸直角相交的縱軸，i軸與j軸的方向由圖6所示； 由于ODVS的設(shè)計采用了平均角分辨率的設(shè)計，因此在成像平面上的P(x，y)點可以通過公式(18)來計算得到， x＝k*φ*cosβ(18) y＝k*φ*sinβ 式中，K是比例系數(shù)，可以通過標(biāo)定來得到；Φ是入射角；β是入射光線在XY平面上投影的夾角； 將上述用公式(17)求得的P(X，Y，Z)點代入公式(18)就能求得與透視投影平面的坐標(biāo)點P(i，j)相對應(yīng)的在成像平面上的P(x，y)點。這樣就可以通過在成像平面上得到的圖像信息求得全方位透視投影圖，也就是說建立了成像平面上的坐標(biāo)系與透視投影平面的坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系。有了這樣的對應(yīng)關(guān)系，我們就能從成像平面上得到的某個點的圖像信息；通過兩個坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系，將該點的圖像信息正確地顯示在透視投影平面相對應(yīng)的位置上；按照上述透視展開可以得到若干個透視投影平面，其個數(shù)是由透視投影平面的窗口橫幅為W，縱幅為H來確定的，透視投影平面的窗口W和H的像素值取得大可分割的透視投影平面就少，透視投影平面的窗口邊緣變形會大些；反之，透視投影平面的窗口W和H的像素值取得小可分割的透視投影平面就多，透視投影平面的窗口邊緣變形會小些；組合后的無死角的雙目立體全方位視覺傳感裝置的視場范圍是360°*360°，因此展開時可以將其看成如同一張地球的展開圖一樣處理，如世界地圖類似，用多個小透視投影平面拼合成一張球體的展開平面圖； 另一種展開方式是將圖6中的視點S為原點建立三維坐標(biāo)系，與上述透視投影展開一樣，β角度是入射光線在XY平面上投影的夾角，即方位角；Φ角度是入射光線與Z軸的夾角，即入射角；設(shè)以S為球心的球形成像面的半徑為r，則物點C在球面的坐標(biāo)為C(r，β，Φ)，β角可以由公式(16)計算得到，Φ角可以利用平均角分辨率的設(shè)計公式(6)從像素點P到Z軸距離來得到，這樣即已求得了物點相對于觀察中心S的方位坐標(biāo)，只是距離R還需要進(jìn)一步確定；這里設(shè)展開的圖像尺寸為m*1(長*寬，單位像素)，則展開算法中水平方向的計算步長為，Δβ＝2π/1；垂直方向的計算步長為Δm＝φmax-φmin/m；式中，φmax為全景原圖最大有效半徑Rmax對應(yīng)的場景光線入射角，φmin為全景原圖最小有效半徑Rmin對應(yīng)的場景光線入射角； 與用極坐標(biāo)表示的全景原圖中的原像點C(Φ，β)對應(yīng)的球面展開方式中的C點坐標(biāo)分別為 x＝β/Δβ；y＝φ-φmin/Δm(19) 式中Δβ為水平方向的計算步長，β為方位角，Δm為垂直方向的計算步長，φ全景原圖有效半徑R對應(yīng)的場景光線入射角，φmin為全景原圖最小有效半徑Rmin對應(yīng)的場景光線入射角； 由于本實施例中將兩個具有同一平均角分辨率的ODVS上下背靠背的方式用連接件進(jìn)行固定，如圖4所示，我們將下面的ODVS標(biāo)識為ODVSdown，將上面的ODVS標(biāo)識為ODVSup，附圖11所示的物點C在下面的ODVSdown的全景原圖中的成像點Cdown(Φ1，β1)如附圖11(a)所示，對應(yīng)全景原圖中的成像點Cdown(Φ1，β1)在球面展開圖中的物點Cdown(x1，y1)，如附圖11(b)所示，在圖11(b)所示的展開圖中，Φdown-max表示ODVSdown的入射角為最大仰角時的值，Φdown-90表示ODVSdown的入射角為90°時的值，Φdown-min表示ODVSdown的入射角為最小俯角時的值；附圖12所示的物點C在上面的ODVSup的全景原圖中的成像點Cup(Φ2，β2)如附圖12(a)所示，對應(yīng)全景原圖中的成像點Cup(Φ2，β2)在球面展開圖中的物點Cup(x2，y2)如附圖12(b)所示，在圖12(b)所示的展開圖中，Φup-max表示ODVSup的入射角為最大仰角時的值，Φup-90表示ODVSup的入射角為90°時的值，Φup-min表示ODVSup的入射角為最小俯角時的值； 本實施例中將ODVS的入射角φmax設(shè)計為大于90°，我們將大于90°的入射角部分稱為仰角，將小于90°的入射角部分稱為俯角，因此按照這樣的設(shè)計必定存在著上下兩個ODVS都能捕捉到的領(lǐng)域，如圖4中的斜線部分，我們將該斜線部分稱為雙目視覺范圍；對于同一個空間上的物點C在雙目視覺范圍內(nèi)在兩個ODVS的全景原圖中必定存在著兩個成像點Cdown(Φ1，β1)和Cup(Φ2，β2)，且這兩個成像點的方位角β也必定是相同的，即β1＝β2；因此對應(yīng)在球面展開圖中這兩個點的X坐標(biāo)也必須相同，即x1＝x2；根據(jù)這個原理來對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角，如附圖13所示，圖13其實是圖11(b)和圖12(b)的合成，在合成圖中可以非常方便的實現(xiàn)對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角； 需要求空間物點C的位置距離，本發(fā)明中求物點的位置原理是成像時，找出同一時刻兩個不同視點的圖像中同一物點對應(yīng)的兩個像點，然后采用已知像點來確定反射光線的方向向量方法得出兩條入射光線，這兩條入射光線在空間的交點就是物點的位置。
接著，兩個ODVS的視點分別為A點、B點，兩個視點之間的距離為c，c相當(dāng)于雙目立體視覺中的基線距，如圖12所示。根據(jù)正弦定理，在一個三角形中，各邊和它所對角的正弦比相等，即在ΔABC中有下述關(guān)系成立， 式中，R為ΔABC外接圓半徑，公式(20)對任意三角形均成立。
通過公式(20)利用正弦定理可以解決已知三角形的兩角和任一邊，求三角形的其它邊與角的問題。我們在ODVS設(shè)計時保證了像素點P到Z軸距離與入射角φ之間的線性關(guān)系，換句話說，在成像平面上的一個P點就能通過公式(6)計算出相對應(yīng)的入射角φ。這里角A為180°-φ2，角B為180°-φ1。如果求得了AC或者BC后，物點C到360°*360°全景立體ODVS的中心點O的距離OC就非常容易求的； AB＝c，根據(jù)公式(20)可以得到以下關(guān)系式， 然后利用三角關(guān)系式求O點與C點的距離， 其中，∠A＝180-Φ2，∠B＝180-Φ1，c為上下兩個ODVS視點之間的距離；附圖16中同一空間物點C在兩個球面展開圖上對應(yīng)的兩個像點上的y1和y2兩個值就是φ1和φ2，通過這些數(shù)據(jù)就能計算出空間物點C到ODVS的視點距離以及到360°*360°全景立體ODVS中心點的距離。
附圖5所示的是一種雙目全方位視覺橫模型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)類似于生物式雙目視覺結(jié)構(gòu)，除了能實時捕捉到360°*360°全景外，沿縱向經(jīng)度中間一圈約60°的視場范圍是雙目視覺范圍； 附圖4所示的是一種雙目全方位視覺軸模型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)也類似于旋轉(zhuǎn)了90°角的生物式雙目視覺結(jié)構(gòu)，除了能實時捕捉到360°*360°全景外，沿橫向緯度中間一圈約60°的視場范圍是雙目視覺范圍； 在雙目立體視覺測量中，圖像匹配的目的是給定在一幅圖像上的已知點后，在另一幅圖像上尋找與之相對應(yīng)的目標(biāo)匹配點。對在一幅圖像中的一個特征點，在另一幅圖像中可能存在好幾個相似的候選匹配，為了能得到唯一準(zhǔn)確的匹配，需要采用一些約束，目前通常采用的約束方法有，1)極線約束在此約束下，匹配點一定位于兩幅圖像中相應(yīng)的極線上；2)唯一性約束兩幅圖像中的對應(yīng)的匹配點應(yīng)該有且有一個；3)視差連續(xù)性約束除了遮擋區(qū)域和視差不連續(xù)區(qū)域外，視差的變化應(yīng)該都是平滑的；4)順序一致性約束位于一幅圖像上的極線上的系列點，在另一幅圖像中的極線上具有相同的順序。
為了方便的實現(xiàn)在雙目視覺范圍的立體匹配，選擇正確的匹配特征、尋找特征間的本質(zhì)屬性及建立能正確匹配所選擇特征的穩(wěn)定算法是解決立體匹配的關(guān)鍵，由于我們在設(shè)計ODVS時將成像平面上的點與入射角之間的關(guān)系設(shè)計成線性關(guān)系，如公式(6)所示；這里我們引入一個經(jīng)緯度的概念，將圖4所示的雙目ODVS的視場用球面來考慮，對應(yīng)入射角Φ的是緯度，對應(yīng)方位角β的是經(jīng)度；對于同一個空間上的物點C在雙目視覺范圍內(nèi)在兩個ODVS的全景原圖中必定存在著兩個成像點Cdown(Φ1，β1)和Cup(Φ2，β2)，且這兩個成像點的方位角β也必定是相同的，也就是它們的經(jīng)度必定是相等的，即β1＝β2；因此對應(yīng)在球面展開圖中這兩個點的X坐標(biāo)也必須相同，即x1＝x2；根據(jù)這個原理來對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角；同時從這兩個成像點的所表示緯度值也必定要滿足以下關(guān)系式； 180°≤φ1+φ2≤2φmax (23) 式中，Φ1為下ODVS上的成像物點的入射角，Φ2為上ODVS上的成像物點的入射角，φmax為ODVS的成像物點的最大入射角，即仰角； 根據(jù)上述的約束關(guān)系以及本發(fā)明中ODVS的特殊設(shè)計，將原來給定在一幅圖像上的已知點后在另一幅圖像上尋找與之相對應(yīng)的目標(biāo)匹配點的問題進(jìn)行了簡化，通過方位角相等以及公式(23)的約束條件，檢索范圍將簡化為到某一條線的一段區(qū)間內(nèi)，如圖13所示，要實現(xiàn)這種匹配算法非常簡單，而且匹配精度高，然后結(jié)合特征匹配與區(qū)域匹配，采用基于區(qū)域匹配方式對特征點附近的子圖像窗口的圖像紋理信息或者邊緣輪廓進(jìn)行相關(guān)運算，并進(jìn)行相似度比較和對稱性測試。將最后的匹配對應(yīng)點作為正確的匹配特征點參加視差運算。關(guān)于圖像紋理信息或者邊緣輪廓的運算方法可參考張廣軍著的“視覺測量”書的第6章的6、6節(jié)基于角點引導(dǎo)的邊緣匹配章節(jié)。
如果以雙目視覺基線距的中點作為觀察者中心的話，類似于實際中當(dāng)觀察者將雙眼的視力聚焦到一個較近的物點時，兩眼視線軸間有一定的角度，也就是類似于雙目立體視覺中的兩個視點角度，如附圖10中的∠A＝180-Φ2和∠B＝180-Φ1所示；但雙眼在看物點時通過復(fù)合而朝向一個共同的視覺方向，并且得到的映像是單一的，好像是被一只眼所看到的。如果從主觀感覺的角度來看，我們可以將兩只眼睛看作一個單一器官，可以用一個理論上假想的處于兩眼正中的單一眼睛來代表這個器官，稱為中央眼，這里我們也將雙目視覺基線距的中點，即圖10中的O點作為中央眼；中央眼是我們?nèi)祟愒谔幚砜臻g知覺時很有用的一個概念，當(dāng)人對物體進(jìn)行空間定向的時候，把自己作為視覺空間的中心，兩眼視網(wǎng)膜上的每一對應(yīng)點都有共同的視覺方向同時也產(chǎn)生距離感，如附圖18所示；當(dāng)物點在正前方C處時，它分別作用于左、右眼各自的中央凹CL和CR上；當(dāng)CL和CR被假想重疊后，C點目標(biāo)的定位是在中央眼的中央凹FC上，物點C的方向在中央眼的正中，即主觀視覺的正前方；當(dāng)物點在S處時，物點S分別作用于左右眼的SL和SR處，對于中央眼目標(biāo)定位在FS處；主觀視覺方向與作用在視網(wǎng)膜上任何一對相應(yīng)點處刺激物的實際位置可能不一致，換句話說，客觀視覺空間與主觀視覺空間會有差別。這里視網(wǎng)膜上的相應(yīng)點指的是在兩個視網(wǎng)膜上感受刺激時產(chǎn)生同一視覺方向的那些單元，也就是說，兩個視網(wǎng)膜上具有共同視覺方向的視網(wǎng)膜單元叫視網(wǎng)膜相應(yīng)點。實際上，人類兩眼的中央凹就是兩眼視網(wǎng)膜上的相應(yīng)點，中央凹的視覺方向就是主要視覺方向，人類依靠中央眼的主觀視覺方向和距離感來確定物點在空間的位置； 人類在通過視覺方式來表達(dá)物體時通常用到了距離感、方向感和色感這些要素，除了通過“中央眼”來感知立體空間位置以外，色感對人類視覺來說是非常重要的。
立體空間知覺被稱為“中央眼”視覺，因此在以人為視覺空間的中心實現(xiàn)三維圖像重構(gòu)時，采用“中央眼”視覺方式更符合人類的立體空間知覺，對于空間上的某個物點通過公式(22)求得該物點的深度距離，這里引入球面坐標(biāo)來表示立體空間，如附圖19所示，空間上的物點C可用三個有次序的數(shù)r，Φ，β來確定，其中r為原點O與點C間的距離，Φ為有向線段OC與Z軸正向所夾的角，該角就對應(yīng)著我們上面所述的入射角β；β為從正Z軸來看自x軸按逆時針方向轉(zhuǎn)到有向線段OP的角，該角就對應(yīng)著我們上面所述的方位角；這里P為點C在xoy平面上的投影；如果我們以垂直于XOY平面并經(jīng)過原點O和物點C作一個平面的話，相當(dāng)于將YOZ平面圍繞的z軸旋轉(zhuǎn)了一個β方位角，成為Y’OZ平面，Y’OZ平面就是我們在立體視覺中所說的極平面，在Y’OZ平面上利用三角關(guān)系式求O點和C點的連線OC距離，就是所求的距離就是r；附圖17中的O點和C點的連線OC和O點和A點的連線OA之間的夾角∠COA，由于就是O點和A點都在Z軸上，因此夾角∠COA就是所求的入射角Φ； 上述的分析是針對附圖4所示的雙目全方位視覺軸模型結(jié)構(gòu)來進(jìn)行的，而對于附圖5所示的雙目全方位視覺橫模型結(jié)構(gòu)與上述分析方法類同，首先也需要同樣采用“中央眼”視覺方式，上述兩種不同結(jié)構(gòu)主要不同點是雙目系統(tǒng)的A點和B點所處的軸的位置，前者是在Z軸上，后者是在Y軸上，分析與計算方法完全相同；如果我們將A點和B點之間的距離設(shè)計成人的兩眼之間同樣距離的話，即一般為65mm，所獲得的立體圖像最符合人類的立體空間知覺； 所述的三維圖像重構(gòu)單元，用于重建出三維圖像，采用基于等距離球表面各斷層上提取的二維輪廓線構(gòu)造斷層間的實體表面段，由所有這些等距離各斷層間的實體表面段組成對象的輪廓面，進(jìn)而重建出三維圖像；具體算法是 1)利用公式(22)求最近雙目可視距離rmin，對于上下兩個ODVS來說，成像物點都為最大入射角φmax時就是最近雙目可視距離rmin；求“中央眼”觀察物點的入射角Φ，參見附圖17，公式(24)是利用三角函數(shù)關(guān)系并整理后得到的入射角Φ計算方法， 式中，Φ為“中央眼”觀察物點的入射角，c為雙目系統(tǒng)的A點和B點之間的距離，r為特征點到“中央眼”的距離，Φ2上ODVS的入射角； 2)在某個距離值r和方位角β的情況下，改變?nèi)肷浣铅?，通過公式(25)、(26)計算得到特征點在兩眼上的入射角Φ1、Φ2， 式中，Φ為“中央眼”觀察物點的入射角，入射角Φ的變化范圍滿足公式(23)，c為雙目系統(tǒng)的A點和B點之間的距離，r為特征點到“中央眼”的距離，Φ1為下ODVS的入射角，Φ2為上ODVS的入射角； 3)判斷所計算的Φ1和Φ2是否超過最大入射角φmax，如果超過進(jìn)行下面的計算，否則重復(fù)2)； 4)得到等距離球表面斷層上的二維輪廓線，在某個距離值r的情況下，方位角β初始值選為0，改變方位角，采用等步長Δβ＝2π/l，判斷方位角β是否為2π，如果大于或等于2π進(jìn)行下面的計算，否則跳轉(zhuǎn)到2)； 5)得到等距離球表面斷層上的三維輪廓面，采用等步長Δr改變r，即在原來的r值上增加一個Δr值，判斷r值是否超過某一規(guī)定值，如果小于該規(guī)定值跳轉(zhuǎn)到2)，否則繼續(xù)下面的計算； 6)將得到的一系列等距離球表面斷層上的三維輪廓面按序列進(jìn)行拼接得到三維圖像； 色感對人類視覺來說是非常重要的，顏色信息能帶來很多方便，因為它在圖像像素上提供多個測度值，常常能夠使分類變得更加簡單而不需要做復(fù)雜的空間決策，顏色與明暗效果對于計算機視覺算法中的場景解釋是非常重要的；空間上的一個物點，除了方位信息與距離信息以外，顏色信息也是非常重要的信息； 本實施例中在上面所述的物點的方位信息與距離信息(r，Φ，β)基礎(chǔ)上再增加顏色信息，采用“中央眼”視覺方式來描述空間上物點的信息(r，Φ，β，R，G，B)，這里我們采用在兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量的平均值作為“中央眼”視覺的顏色編碼；計算公式由公式(26)表示； 式中，R為“中央眼”的紅色分量的平均值，RODVS1為全方位視覺傳感器1的紅色分量，RODVS2為全方位視覺傳感器2的紅色分量，G為“中央眼”的綠色分量的平均值，GODVS1為全方位視覺傳感器1的綠色分量，GODVS2為全方位視覺傳感器2的綠色分量，B為“中央眼”的藍(lán)色分量的平均值，BODVS1為全方位視覺傳感器1的藍(lán)色分量，BODVS2為全方位視覺傳感器2的藍(lán)色分量；它們的取值范圍均為0～255； 整個基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置的處理流程如下 1)以球面坐標(biāo)的方式獲取雙目視覺圖像； 2)在球面坐標(biāo)上的同一個方位角上某一個入射角范圍內(nèi)進(jìn)行特征點匹配，選定方位角β，找特征點在兩眼上的入射角Φ1、Φ2； 3)求各特征點到“中央眼”中心O的距離r以及入射角Φ； 4)采用球面坐標(biāo)并用“中央眼“為原點標(biāo)識所有特征點的三維坐標(biāo)(r，Φ，β)，并計算該特征點的三維顏色屬性值，同時采用方位、距離、顏色信息(r，Φ，β，R，G，B)來表達(dá)物點的視覺特征； 5)利用球面坐標(biāo)進(jìn)行三維圖像重構(gòu)，采用各種成熟軟件，比如AUTOCAD，Matlab等各種商業(yè)軟件以及源代碼開放的開源軟件，實現(xiàn)不同需求的三維圖像的表達(dá)。
根據(jù)任一被測物體的三維信息都是該物體表面的離散點坐標(biāo)，如果將這些離散點坐標(biāo)用球面坐標(biāo)的形式來表示的話，通過曲面生成技術(shù)來恢復(fù)被測物體的曲面信息在以人為視覺球面空間的中心來實現(xiàn)三維圖像重構(gòu)時，以不同的深度距離為半徑做球面剖面各斷層，然后在各斷層上提取的二維輪廓面，二維輪廓面上的的特征點都采用(r，Φ，β，R，G，B)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行表示；在空間物體的數(shù)據(jù)采集、加工、描述、表達(dá)過程中始終采用一種統(tǒng)一的球面坐標(biāo)，采用距離感、方向感和色感這些要素來表示各特征點的特性，通過這些特征點之間的幾何運算就能非常方便的獲得物體的幾何全貌，從而達(dá)到簡化計算的復(fù)雜性、省略攝像機標(biāo)定工作、方便進(jìn)行特征提取、容易實現(xiàn)立體圖像匹配，最終實現(xiàn)高效、實時、準(zhǔn)確的立體視覺測量目的。
權(quán)利要求
1、一種基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于所述立體視覺測量裝置包括兩臺具有相同角平均分辨率的全方位視覺傳感器、連接單元和用于對兩臺全方位視覺傳感器的圖像進(jìn)行三維立體視覺重建的微處理器，所述全方位視覺傳感器包括一次折反射鏡面、二次折反射鏡面、透明外罩和攝像部件，所述的透明外罩，用于保護(hù)以及支撐一次折反射鏡面和二次折反射鏡面，透明外罩的外形設(shè)計要滿足曲線可微分條件以減少干擾光對折反射成像的影響，所述攝像部件位于一次折反射鏡面后面的視點上，所述二次折反射鏡面位于一次折反射鏡面的前面，所述一次折反射鏡面和二次折反射鏡面上均開有一個小孔，所述二次折反射鏡面內(nèi)嵌入廣角鏡頭，所述攝像部件鏡頭、廣角鏡頭、一次折反射鏡和二次折反射鏡的中心軸配置在同一軸心線上，所述兩臺全方位視覺傳感器的后側(cè)通過連接單元連接；
所述一次折反射鏡面和二次折反射鏡面的曲線是按照平均角分辨率方式進(jìn)行設(shè)計，具體有
一次入射光線V1與折反射主軸Z的夾角為Φ，一次反射光線V2與折反射主軸Z的夾角為θ2，過P1點(t1，F(xiàn)1)的切線與t軸的夾角為σ，法線與Z軸的夾角為ε；二次反射光線V3與折反射主軸Z的夾角為θ1，過P2點(t2，F(xiàn)2)的切線與t軸的夾角為σ，法線與Z軸的夾角為ε1，基于上述關(guān)系可以得到公式(1)
其中，
式中，F(xiàn)1是一次折反射鏡面曲線，F(xiàn)2是二次折反射鏡面曲線；
利用三角關(guān)系并進(jìn)行簡化整理，得到公式(2)、(3)
F1′2-2αF1′-1＝0(2)
F2′2-2βF2′-1＝0(3)
上式中，
解公式(2)、(3)可以得到公式(4)、(5)；
式中F1′為F1曲線的微分，F(xiàn)2′為F2曲線的微分；
建立一種像素點P到Z軸距離與入射角φ之間的線性關(guān)系，用公式(6)來表示，
φ＝a0*P+b0(6)
式中a0、b0是任意參數(shù)，
將攝像單元的焦距作為f，P為像素到Z軸的距離，在二次反射鏡面上的反射點(t2，F(xiàn)2)；則根據(jù)成像原理，P由公式(7)表示
將式(7)代入式(6)，可得公式(8)，
根據(jù)折反射原理公式(8)用公式(9)表示
利用公式(2)、(3)、(9)，利用4階Runge-Kutta算法求和F2的F1數(shù)字解，計算得到一次折反射鏡面和二次折反射鏡面的曲線；
所述的微處理器包括
視頻圖像讀取單元，用于讀取兩個具有相同平均角分辨率的無死角的全方位視覺傳感器的視頻圖像，并保存在指定的存儲設(shè)備中，其輸出與視頻圖像展開單元連接；
視頻圖像展開單元，用于對具有平均角分辨率的無死角的全方位視覺傳感器的原始視頻圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，圖像預(yù)處理中首先將組合攝像單元所拍攝的圖像單獨分離出來，然后對全方位圖像進(jìn)行展開，展開后的結(jié)果保存在指定的存儲單元中，其輸出與物點匹配單元連接；
物點匹配單元，用于找出同一時刻兩個不同視點的圖像中同一物點對應(yīng)的兩個像點，其輸出與空間信息計算單元連接；
空間信息計算單元，用于計算空間上的物點到立體視覺測量裝置中心點的距離、方位角以及入射角，其輸出與色感信息計算單元連接；
色感信息計算單元，用于計算空間上物點的色感信息，采用在兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量的平均值(R，G，B)作為“中央眼”視覺的顏色編碼，其輸出與三維圖像重構(gòu)單元連接；
三維圖像重構(gòu)單元，用于重構(gòu)出以人為視覺空間的中心的三維立體圖像，采用基于等距離球表面各斷層上提取的二維輪廓線構(gòu)造斷層間的實體表面段，由所有這些等距離各斷層間的實體表面段組成對象的輪廓面，進(jìn)而重建出三維圖像。
2、如權(quán)利要求1所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于所述的視頻圖像展開單元還包括方位角對齊子單元；所述的方位角對齊子單元，用于對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角。
3、如權(quán)利要求1或2所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于在所述空間信息計算單元和色感信息計算單元中，三維球面坐標(biāo)系的原點就是立體視覺測量裝置中心點，采用“中央眼”視覺方式來描述空間上物點的信息(r，Φ，β，R，G，B)，r為球面坐標(biāo)原點O與物點之間的距離，Φ為球面坐標(biāo)原點O與物點之間的連線與Z軸正向所夾的角，β為從正Z軸來看自x軸按逆時針方向轉(zhuǎn)到有向線段OP的角，該角就對應(yīng)著我們上面所述的方位角；這里P為點C在xoy平面上的投影，R為“中央眼”的紅色分量的平均值，G為“中央眼”的綠色分量的平均值，B為“中央眼”的藍(lán)色分量的平均值；所述的“中央眼”是雙目視覺基線距的中點，是通過兩個構(gòu)成雙目全方位視覺傳感器的視點之間的連線中心點來算得到。
4、如權(quán)利要求2所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于在所述的方位角對齊子單元中，對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角的過程為對于同一個空間上的物點C在雙目視覺范圍內(nèi)在兩個ODVS的全景原圖中存在著兩個成像點Cdown(Φ1，β1)和Cup(Φ2，β2)，且這兩個成像點的方位角相同的，即β1＝β2；則對應(yīng)在球面展開圖中這兩個點的X坐標(biāo)也必須相同，即x1＝x2；根據(jù)上述X坐標(biāo)相同來對齊上下兩個ODVS的球面展開圖中的方位角。
5、如權(quán)利要求3所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于在所述的空間信息計算單元中，設(shè)定在方位角對齊單元中確定了物點的方位角β，然后根據(jù)等平均角分辨率的設(shè)計，任何一個空間物點在兩個ODVS上的兩個成像點的所表示緯度值必定要滿足以下關(guān)系式；
180°≤φ1+φ2≤2φmax(23)
式中，Φ1為下ODVS上的成像物點的入射角，Φ2為上ODVS上的成像物點的入射角，φmax為ODVS的成像物點的最大入射角，即仰角；
根據(jù)公式(23)所確定的范圍，在同一方位角內(nèi)，即在附圖13所示的Y方向上尋找匹配點，得到物點C在雙目視覺范圍內(nèi)在兩個ODVS上的兩個成像點Cdown(Φ1，β)和Cup(Φ2，β)，接著利用三角關(guān)系式求O點與C點的距離r，
其中，∠A＝180-Φ2，∠B＝180-Φ1，c為上下兩個ODVS視點之間的距離；通過物點到立體視覺測量裝置中心點的距離、方位角信息來求物點到立體視覺測量裝置中心點的入射角Φ，計算公式由公式(24)給出，
式中，Φ為“中央眼”觀察物點的入射角，c為雙目系統(tǒng)的A點和B點之間的距離，r為特征點到“中央眼”的距離，Φ2為上ODVS的入射角。
6、如權(quán)利要求3所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于在所述的色感信息計算單元中，采用在兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量的平均值(R，G，B)作為“中央眼”視覺的顏色編碼，首先讀取兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量RODVS1、RODVS2、GODVS1、GODVS2、BODVS1和BODVS2的數(shù)據(jù)，然后采用在兩個ODVS上成像的目標(biāo)匹配點的各顏色分量的平均值作為“中央眼”視覺的顏色編碼；計算公式由公式(26)表示；
(26)
式中，R為“中央眼”的紅色分量的平均值，RODVS1為全方位視覺傳感器1的紅色分量，RODVS2為全方位視覺傳感器2的紅色分量，G為“中央眼”的綠色分量的平均值，GODVS1為全方位視覺傳感器1的綠色分量，GODVS2為全方位視覺傳感器2的綠色分量，B為“中央眼”的藍(lán)色分量的平均值，BODVS1為全方位視覺傳感器1的藍(lán)色分量，BODVS2為全方位視覺傳感器2的藍(lán)色分量；它們的取值范圍均為0～255；
采用“中央眼”視覺方式來描述空間上物點的信息(r，Φ，β，R，G，B)，其中r表示物點的距離感信息，Φ和β表示物點的方向感信息，R、G、B綜合表示物點的色感信息。
7、如權(quán)利要求3所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于在所述的三維圖像重構(gòu)單元中，采用基于等距離球表面各斷層上提取的二維輪廓線構(gòu)造斷層間的實體表面段，由所有這些等距離各斷層間的實體表面段組成對象的輪廓面，進(jìn)而重建出三維圖像；具體算法是
1)利用公式(22)求最近雙目可視距離rmin，對于上下兩個ODVS來說，成像物點都為最大入射角φmax時就是最近雙目可視距離rmin；求“中央眼”觀察物點的入射角Φ，公式(24)是利用三角函數(shù)關(guān)系并整理后得到的入射角Φ計算方法，
式中，Φ為“中央眼”觀察物點的入射角，c為雙目系統(tǒng)的A點和B點之間的距離，r為特征點到“中央眼”的距離，Φ2上ODVS的入射角；
2)在某個距離值r和方位角β的情況下，改變?nèi)肷浣铅?，通過公式(25)、(26)計算得到特征點在兩眼上的入射角Φ1、Φ2，
式中，Φ為“中央眼”觀察物點的入射角，入射角Φ的變化范圍滿足公式(23)，c為雙目系統(tǒng)的A點和B點之間的距離，r為特征點到“中央眼”的距離，Φ1為下ODVS的入射角，Φ2為上ODVS的入射角；
3)判斷所計算的Φ1和Φ2是否超過最大入射角φmax，如果超過進(jìn)行下面的計算，否則重復(fù)2)；
4)得到等距離球表面斷層上的二維輪廓線，在某個距離值r的情況下，方位角β初始值選為0，改變方位角，采用等步長Δβ＝2π/l，判斷方位角β是否為2π，如果大于或等于2π進(jìn)行下面的計算，否則跳轉(zhuǎn)到2)；
5)得到等距離球表面斷層上的三維輪廓面，采用等步長Δr改變r，即在原來的r值上增加一個Δr值，判斷r值是否超過某一規(guī)定值，如果小于該規(guī)定值跳轉(zhuǎn)到2)，否則繼續(xù)下面的計算；
6)將得到的一系列等距離球表面斷層上的三維輪廓面按序列進(jìn)行拼接得到三維圖像。
8、如權(quán)利要求3所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于所述的透明外罩的外形設(shè)計滿足曲線可微分條件以減少干擾光對折反射成像的影響，將透明外罩設(shè)計成半球狀，在透明外罩的外邊涂上一層薄膜，薄膜材料的主要成分是二氧化鈦的納米材料。
9、如權(quán)利要求8所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于兩個全方位視覺傳感器之間呈雙目全方位視覺軸模型結(jié)構(gòu)，雙目全方位視覺軸模型結(jié)構(gòu)的視點A和視點B所處的軸的位置在Z軸上，將A點和B點之間的距離為成人的兩眼之間的距離。
10、如權(quán)利要求8所述的基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，其特征在于兩個全方位視覺傳感器之間呈雙目全方位視覺橫模型結(jié)構(gòu)，雙目全方位視覺橫模型結(jié)構(gòu)的視點A和視點B所處的軸的位置在Y軸上，將A點和B點之間的距離為成人的兩眼之間的距離的。
全文摘要
一種基于雙目全方位視覺傳感器的立體視覺測量裝置，組成雙目立體全方位視覺傳感裝置的每個ODVS采用了平均角分辨率設(shè)計，采集圖像的兩個攝像機的參數(shù)完全一致，具有極好的對稱性，能實現(xiàn)快速的點與點的匹配；從以人為視覺空間的中心的角度出發(fā)，在空間物體的數(shù)據(jù)采集、加工、描述、表達(dá)過程中始終采用一種統(tǒng)一的球面坐標(biāo)，采用距離感、方向感和色感這些要素來表示各特征點的特性，從而達(dá)到簡化計算的復(fù)雜性、省略攝像機標(biāo)定工作、方便進(jìn)行特征提取、容易實現(xiàn)立體圖像匹配，最終實現(xiàn)高效、實時、準(zhǔn)確的立體視覺測量目的?？蓮V泛的應(yīng)用于各種工業(yè)檢測、物體識別、機器人自導(dǎo)引、航天、航空及軍事等很多領(lǐng)域。
文檔編號G01B11/24GK101308018SQ200810062128
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者湯一平 申請人:湯一平