亚洲成年人黄色一级片,日本香港三级亚洲三级,黄色成人小视频,国产青草视频,国产一区二区久久精品,91在线免费公开视频,成年轻人网站色直接看

一種單目視覺實(shí)時(shí)測距方法

文檔序號(hào):6151143閱讀:689來源:國知局
專利名稱:一種單目視覺實(shí)時(shí)測距方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種單目視覺實(shí)時(shí)測距方法,屬于視覺測距技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
一般認(rèn)為,圖像在形成過程中會(huì)丟失距離信息,而實(shí)際上,從相機(jī)構(gòu)成來看,像距和物 距是滿足透鏡公式的,知道了焦距和像距就可以求出物距。這樣,測距的關(guān)鍵在于如何求出 像距。這里的像距,是指外界物體發(fā)出的光線,經(jīng)透鏡折射后聚焦成清晰的像,像在光軸上 的投影到光心的距離。當(dāng)然,這對(duì)使用針孔鏡頭的相機(jī)是不適用的,這里只討論使用透鏡鏡 頭的相機(jī)。
人們對(duì)如何測距提出了一些方法,很大一部分是主動(dòng)式的測距方法,即需要一個(gè)對(duì)被測 目標(biāo)進(jìn)行光波照射(如激光)的主動(dòng)投射光源,通過接受和分析回波來進(jìn)行測距。相對(duì)應(yīng)的 是被動(dòng)式的測距方法,比如立體視覺方法。該方法是通過在空間中放置兩臺(tái)或多臺(tái)相機(jī)對(duì)同 一目標(biāo)在不同的視點(diǎn)進(jìn)行成像。由于視點(diǎn)不同,所成的圖像之間存在著視差,即同一物點(diǎn)的 像點(diǎn)分布在各個(gè)相機(jī)成像平面的不同位置上。如果能夠從每幅視差圖像中找到同一物點(diǎn)的對(duì) 應(yīng)像點(diǎn),然后根據(jù)幾何關(guān)系就可以計(jì)算出物點(diǎn)的距離。但是這種方法需要相機(jī)的精確定位和 復(fù)雜標(biāo)定,并且由于在圖像間尋找同一物點(diǎn)的像即圖像的匹配需要大量極其復(fù)雜的計(jì)算,因 此限制了其應(yīng)用范圍。
Pentland, A.; Darrell, T.; Turk, M.; Huang, W.; A simple, real-time range camera Computer Vision and Pattern Recognition, 1989. Proceedings CVPR '89., IEEE Computer Society Conference on 4-8 June 1989 Page(s):256 - 261中的相機(jī) 使用了一個(gè)半反射鏡將同一視點(diǎn)的光線分成兩部分,再使用不同光圈的兩個(gè)鏡頭把光線聚集 到兩個(gè)靶面上得到兩幅圖像,利用同一點(diǎn)在兩幅圖像中的散焦程度不同來計(jì)算像距。該方法 相機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,安裝要求較高,計(jì)算量也較大。
Isoda, N.; Terada, K.; Oe, S.; Kaida, K, Improvement Of Accuracy For Distance Measurement By Using Movable CCD SICE '97. Proceedings of the 36th SICE Annual Conference. International Session Papers 29-31 July 1997 Page(s):1251 -1254中相機(jī)的耙面是可以相對(duì)鏡頭移動(dòng)的,使鏡頭和物體的相對(duì)位置固定,移動(dòng)耙面得到 清晰的像,記下像距,利用透鏡公式計(jì)算物距。伹該方法相機(jī)中有移動(dòng)部件,測距的實(shí)時(shí)性 不高。Yamaguti, N.; Oe, S.; Terada, K.; A Method of Distance Measurement by Using Monocular Camera, SICE '97. Proceedings of the 36th SICE Annual Conference. International Session Papers中一個(gè)相機(jī)沿其光軸方向移動(dòng),在不同位置拍下兩幅圖像, 兩位置間的距離已知,利用兩幅圖像中同一物體像的大小之比來計(jì)算物距。該方法需要移動(dòng) 相機(jī)二次成像,影響了其使用范圍。
Nayar, S.K.; Watanabe, M.; Noguchi, M.; Real-time focus range sensor Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on Volume 18, Issue 12, Dec. 1996 Page(s): 1186 - 1198中的相機(jī)有一個(gè)鏡頭,兩個(gè)耙面,利用半反 射鏡使兩個(gè)靶面上呈現(xiàn)相同的像,只是由于像距不同,像的離焦程度不一樣,利用這一點(diǎn), 計(jì)算實(shí)際的像距,進(jìn)而計(jì)算物距。所有這些方法,或者是因?yàn)橛?jì)算量大,或者是因?yàn)橐苿?dòng) 相機(jī)組件,都影響了測距的實(shí)時(shí)性。 發(fā)明 內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述缺點(diǎn),提供了一種單目視覺實(shí)時(shí)測距方法。本發(fā)明不需要 主動(dòng)投射光源,只需要單次成像,對(duì)硬件改動(dòng)小,不需要相機(jī)的定位和標(biāo)定,測距算法簡單, 實(shí)時(shí)性好。
本發(fā)明所述的一種單目視覺實(shí)時(shí)測距方法,具體包括以下步驟
步驟一、將相機(jī)中的圖像傳感器繞該平面內(nèi)的水平軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)灘;
步驟二、在測距范圍內(nèi),對(duì)測距目標(biāo)進(jìn)行一次成像,確定圖像傳感器平面接收到最清晰
圖像的位置w。;
模數(shù)偏差總和(SMD, sum-modulus-difference)算子計(jì)算兩相鄰像素點(diǎn)的水平方向和
垂直方向的一階灰度偏差的總和如下式所示
扁,=|/"力-(1)
,,^/^ 1,力| (2) 式中,/(x,力為圖像像素坐標(biāo)為(x,少)處的灰度值;
設(shè)/(附)為圖像傳感器平面第附行的SMD對(duì)焦函數(shù),測距目標(biāo)成像圖像的分辨率為 Zxy, X為行數(shù),y為列數(shù),貝IJ
/(w)JMZ^+膨Z)少 (3) 其中x二w, 1Sw《X, 1Sy《;r; 當(dāng)/(m)取最大值時(shí),此時(shí)附=附。,則認(rèn)為m。行處所在的水平線位置接收到的圖像為最清晰
的;
步驟三、利用氣,求出測距目標(biāo)到相機(jī)的距離^7; 由幾何關(guān)系可得 = 6W_vVC siW (4)
式中,為透鏡中心到圖像傳感器上目標(biāo)成清晰像處位置在透鏡中心的水平軸上投影 點(diǎn)的距離,^為透鏡中心到圖像傳感器與透鏡中心的水平軸的交點(diǎn)的距離,^為圖像傳感 器與透鏡中心的水平軸的交點(diǎn)到圖像傳感器平面與目標(biāo)呈清晰像的交點(diǎn)的距離;
圖像傳感器根據(jù)比例關(guān)系可得
透鏡公式如式(6)
<formula>formula see original document page 6</formula>OM Of/ / 式中,^7為物距,/為透鏡焦距;
將式(4)、式(5)代入式(6),得到測距公式式(7)為
= ~^=-^-^ (7)
2XCW - 2m。/z sin 6> + W sin 6 - 2艱
式中,義為圖像高度的像素?cái)?shù),A為圖像傳感器平面的高度,/為透鏡焦距。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 只需利用單個(gè)相機(jī)即可完成測距任務(wù),不需要像多相機(jī)測距方法那樣精確的相機(jī)定
位和復(fù)雜的標(biāo)定過程;
(2) 本方法屬于被動(dòng)式的測距方法,不需要主動(dòng)投射光源,結(jié)構(gòu)更加簡單;
(3) 對(duì)測距目標(biāo)只需進(jìn)行一次成像即可滿足測距需要;
(4) 硬件上只需對(duì)現(xiàn)有相機(jī)的圖像傳感器進(jìn)行傾斜,結(jié)構(gòu)改動(dòng)小,成本低;
(5) 由于測距算法簡練、快速,因此測距的實(shí)時(shí)性好,在工業(yè)控制,機(jī)器人導(dǎo)航以及飛 機(jī)著陸、導(dǎo)彈巡航、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)估計(jì)等軍事領(lǐng)域都存在應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明的測距方法流程圖2是本發(fā)明的測距方法原理圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的測距效果圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種單目茅見覺實(shí)時(shí)測距方法,方法流程如圖l所示,具體包括以下步驟 步驟一、將相機(jī)中的圖像傳感器繞該平面內(nèi)的水平軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)確。 將相機(jī)中的圖像傳感器,即成像接收平面,繞該平面內(nèi)的水平軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)灘。理論上, 灘可以為任意值,伹考慮到測距范圍和測距精度的要求以及計(jì)算的方便,確取30° 60。之間。
步驟二、在測距范圍內(nèi),對(duì)測距目標(biāo)進(jìn)行一次成像,確定圖像傳感器平面接收到最清晰 圖像的位置w。。
目標(biāo)在測距范圍內(nèi),對(duì)測距目標(biāo)進(jìn)行一次成像,由于圖像傳感器平面傾斜,因此該平面 所接收到的圖像只有在該平面上的某條水平線處是清晰的,離該水平線向兩個(gè)方向越遠(yuǎn),圖 像越模糊。
將圖像傳感器所采集到的圖像使用清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行處理,找到圖像傳感器平面清晰 像處的水平線位置。常用的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)有Tenengrad函數(shù)、SMD函數(shù)、VAR函數(shù)和 FSWM濾波函數(shù)等,本發(fā)明選用SMD函數(shù)。
模數(shù)偏差總和(SMD, sum-modulus-difference)算子由Jarvis提出,根據(jù)SMD算子 來計(jì)算兩相鄰像素點(diǎn)的水平方向和垂直方向的一階灰度偏差的總和如下式所示
歸,=Z Z |/"力-"1)1 (1)
,,=S S1/",力-/(工+1,力| (2)
上 少
式中,/Oc,W為圖像像素坐標(biāo)為(x,y)處的灰度值。
設(shè)/(附)為圖像傳感器平面第附行的SMD對(duì)焦函數(shù),測距目標(biāo)成像圖像的分辨率為 Zxy, y為行數(shù),y為列數(shù),貝lj
/(咖WA+SMDy (3) 其中x-附,1S附《Z, 1《j;《y。
當(dāng)/(m)取最大值時(shí),此時(shí)^ =附。,則認(rèn)為w。行處所在的水平線位置接收到的圖像為最 清晰的。
步驟三、利用附。,求出測距目標(biāo)到相機(jī)的距離^7。
相機(jī)的測距原理圖如圖2所示,圖中,O為透鏡中心,C/處為目標(biāo),F(xiàn)為透鏡焦點(diǎn),W 為透鏡半徑,M為圖像傳感器上目標(biāo)成清晰像處位置在透鏡中心的水平軸上投影點(diǎn),W為圖 像傳感器與透鏡中心的水平軸的交點(diǎn),偽圖像傳感器平面的傾斜角,c為圖像傳感器平面與 目標(biāo)所成,像的交點(diǎn),即氣行所對(duì)應(yīng)的圖像傳感器平面的位置。由圖中可得
麗二麗-而sin^ (4)
式中,^為透鏡中心到圖像傳感器上目標(biāo)成清晰像處位置在透鏡中心的水平軸上投影 點(diǎn)的距離,^為透鏡中心到圖像傳感器與透鏡中心的水平軸的交點(diǎn)的距離,^為圖像傳感 器與透鏡中心的水平軸的交點(diǎn)到圖像傳感器平面與目標(biāo)呈清晰像的交點(diǎn)的距離。
圖像傳感器清晰處的第附。行對(duì)應(yīng)圖2中的C點(diǎn),即圖像傳感器根據(jù)比例關(guān)系可得W點(diǎn)到 C點(diǎn)的距離為透鏡公式如式(6):
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中,55為物距,/為透鏡焦距。 將式(4)、式(5)代入式(6):
<formula>formula see original document page 8</formula>
得到測距公式(7)為
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中,義為圖像高度的像素?cái)?shù),A為圖像傳感器平面的高度,/為透鏡焦距。 由以上公式可得,相機(jī)到目標(biāo)的距離,即物距^7,由焦距/、圖像傳感器平面中心線
到透鏡中心的距離^、圖像傳感器平面的傾角^和高度A共同確定。 式(7)得到的物距^7,即為所要測量的相機(jī)到測距目標(biāo)的距離。 實(shí)施例設(shè)鏡頭焦距/=25111111,圖像傳感器平面高度為/^3mm,圖像傳感器得到的圖
像分辨率為240x320,圖像傳感器平面中心到透鏡中心的距離^-26.6mm,圖像傳感器平
面傾角^為30度。
則圖像傳感器平面覆蓋的像距范圍是(26.6-|sin30。,26.6 + |Sin30。)mm,根據(jù)透鏡公
式(6)可得到對(duì)應(yīng)的物距范圍是(291,760) mm。
步驟一、將相機(jī)中的圖像傳感器繞該平面內(nèi)的水平軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30度。
步驟二、在測距范圍內(nèi),對(duì)測距目標(biāo)進(jìn)行一次成像,確定圖像傳感器平面接收到最清晰
圖像的位置w。。
在相機(jī)與目標(biāo)距離為300mm處,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行一次成像。將圖像傳感器所采集到的圖像 使用清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行處理,即用公式(3)計(jì)算圖像每一行的SMD對(duì)焦函數(shù)值,公式(3) 中m的范圍是"w《240 , Y的范圍是l^;^320 。記錄對(duì)焦函數(shù)取得最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的行數(shù) 附",氣為2 4 。
步驟三、利用氣,求出測距目標(biāo)到相機(jī)的距離^7。
將得到的氣帶入公式(6)中得到距離iVC:
<formula>formula see original document page 8</formula>再將m:帯入式(7)得到物距,即相機(jī)與目標(biāo)之間的距離。
CW-M7sin61 — /26.6 +1.2 x sin 30°—25
將該距離與給定值(300mm)比較,得到測距相對(duì)誤差為
305-300
x 100% = 1.7%。
將相機(jī)與目標(biāo)距離由300mm開始,每增加50mm采樣一次,即對(duì)目標(biāo)進(jìn)行一次成像, 重復(fù)步驟二和步驟三,共進(jìn)行10次測距。結(jié)果如圖3所示,X軸表示試驗(yàn)次數(shù),Y軸表示 測距目標(biāo)到相機(jī)的距離。
圖3中的測量值即為本測距方法得到的相機(jī)與目標(biāo)之間的距離。由圖可以看出,大部分 測量值落在給定值連成的直線上,表明該方法所得到的大部分的測量距離是完全準(zhǔn)確的,證 明了本測距方法的有效性。還有少數(shù)測量值稍微偏離了給定直線,即產(chǎn)生了測距誤差,這是 由相機(jī)的成像質(zhì)量以及目標(biāo)的紋理等問題所造成的。
權(quán)利要求
1、一種單目視覺實(shí)時(shí)測距方法,其特征在于,包括以下步驟步驟一、將相機(jī)中的圖像傳感器繞該平面內(nèi)的水平軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ角;步驟二、在測距范圍內(nèi),對(duì)測距目標(biāo)進(jìn)行一次成像,確定圖像傳感器平面接收到最清晰圖像的位置ma;模數(shù)偏差總和算子計(jì)算兩相鄰像素點(diǎn)的水平方向和垂直方向的一階灰度偏差的總和如下式所示<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>SMD</mi> <mi>x</mi></msub><mo>=</mo><munder> <mi>&Sigma;</mi> <mi>x</mi></munder><munder> <mi>&Sigma;</mi> <mi>y</mi></munder><mo>|</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>SMD</mi> <mi>y</mi></msub><mo>=</mo><munder> <mi>&Sigma;</mi> <mi>x</mi></munder><munder> <mi>&Sigma;</mi> <mi>y</mi></munder><mo>|</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中,f(x,y)為圖像像素坐標(biāo)為(x,y)處的灰度值;設(shè)f(m)為圖像傳感器平面第m行的SMD對(duì)焦函數(shù),測距目標(biāo)成像圖像的分辨率為X×Y,X為行數(shù),Y為列數(shù),則f(m)=SMDx+SMDy (3)其中x=m,1≤m≤X,1≤y≤Y;當(dāng)f(m)取最大值時(shí),此時(shí)m=ma,則認(rèn)為ma行處所在的水平線位置接收到的圖像為最清晰的;步驟三、利用ma,求出測距目標(biāo)到相機(jī)的距離OU;由幾何關(guān)系可得OM=ON-NC sinθ (4)式中,OM為透鏡中心到圖像傳感器上目標(biāo)成清晰像處位置在透鏡中心的水平軸上投影點(diǎn)的距離,ON為透鏡中心到圖像傳感器與透鏡中心的水平軸的交點(diǎn)的距離,NC為圖像傳感器與透鏡中心的水平軸的交點(diǎn)到圖像傳感器平面與目標(biāo)呈清晰像的交點(diǎn)的距離;圖像傳感器根據(jù)比例關(guān)系可得<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mover> <mi>NC</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mrow><mn>2</mn><mi>m</mi> </mrow> <mi>a</mi></msub><mo>-</mo><mi>X</mi> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>X</mi> </mrow></mfrac><mo>&times;</mo><mi>h</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>透鏡公式如式(6)<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mn>1</mn> <mover><mi>OM</mi><mo>&OverBar;</mo> </mover></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mover><mi>OU</mi><mo>&OverBar;</mo> </mover></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>f</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中,OU為物距,f為透鏡焦距;將式(4)、式(5),代入式(6),得到測距公式(7)為<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mover> <mi>OU</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>f</mi><mo>&times;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mi>X</mi> <mover><mi>ON</mi><mo>&OverBar;</mo> </mover> <mo>-</mo> <msub><mrow> <mn>2</mn> <mi>m</mi></mrow><mi>a</mi> </msub> <mi>h</mi> <mi>sin</mi> <mi>&theta;</mi> <mo>+</mo> <mi>Xh</mi> <mi>sin</mi> <mi>&theta;</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>X</mi><mover> <mi>ON</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover><mo>-</mo><msub> <mrow><mn>2</mn><mi>m</mi> </mrow> <mi>a</mi></msub><mi>h</mi><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi><mo>+</mo><mi>Xh</mi><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>Xf</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中,X為圖像高度的像素?cái)?shù),h為圖像傳感器平面的高度,f為透鏡焦距。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種單目視覺實(shí)時(shí)測距方法,其特征在于所述步驟一中,確為 30° ~60° 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單目視覺實(shí)時(shí)測距方法,包括以下步驟步驟一、將相機(jī)中的圖像傳感器繞該平面內(nèi)的水平軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ角;步驟二、在測距范圍內(nèi),對(duì)測距目標(biāo)進(jìn)行一次成像,確定圖像傳感器平面接收到最清晰圖像的位置m<sub>a</sub>;步驟三、利用m<sub>a</sub>,求出測距目標(biāo)到相機(jī)的距離OU;只需利用單個(gè)相機(jī)即可完成測距任務(wù);本方法屬于被動(dòng)式的測距方法,不需要主動(dòng)投射光源,結(jié)構(gòu)更加簡單;對(duì)測距目標(biāo)只需進(jìn)行一次成像即可滿足測距需要;硬件上只需對(duì)現(xiàn)有相機(jī)的圖像傳感器進(jìn)行傾斜,結(jié)構(gòu)改動(dòng)小,成本低;由于測距算法簡練、快速,因此測距的實(shí)時(shí)性好,在工業(yè)控制,機(jī)器人導(dǎo)航以及飛機(jī)著陸、導(dǎo)彈巡航、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)估計(jì)等軍事領(lǐng)域都存在應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01C3/00GK101539422SQ20091008280
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者劉小明, 浩 周, 天 覃, 陳萬春, 顧家立 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
1