專利名稱：場景深度的測量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種距離的測量裝置和方法，具體涉及一種場景深度的測量裝置和方法。
背景技術(shù)：
目前散焦深度恢復(fù)方法是建立在不同散焦圖像模糊度與深度的對應(yīng)關(guān)系上，對獲得的不同模糊度圖像信息進行處理。這一過程需要改變相機參數(shù)來獲取圖像，但在實際使用過程中獲取相機的參數(shù)非常困難。如果在散焦恢復(fù)深度的過程中保持相機的參數(shù)不變，就能極大的方便實施者。目前與之相關(guān)的專利文獻被公開的包括中國發(fā)明專利CN102223477A(公開于2011年10月19)揭示了基于雙圖片匹配的深度估計的四維多項式模型，用于估計物距和聚焦調(diào)節(jié)。中國發(fā)明專利CN101487703 (公開于2009年7月22)設(shè)計了全景立體攝像測量裝置，該裝置包括全方位視覺傳感器、全景彩色調(diào)制光發(fā)生器以及用于對全方位圖像進行三維立體攝像測量的微處理器。中國發(fā)明專利CN101297176 (公開于2008年10月29)公布了一種使用視頻全站儀的測量方法，使用同一相機在不同位置獲取的圖像分析確定圖像中包含的對象的三維坐標，該系統(tǒng)需要測距儀配合使用。中國發(fā)明專利CN186794U公開于2006年11月22)公布了通過數(shù)字照相機檢測第一點，然后移動照相得到第二可檢測點，計算兩點檢測點間的距離，最終確定8個特征點間的相對位移。中國發(fā)明專利CN102278946A(公開于2011年12月14)公布了一種使用兩臺平行同參數(shù)相機獲取同一場景，再使用3D重構(gòu)方法估計圖像中對象的深度。上述專利或需要在現(xiàn)場估計相機參數(shù)，或需要特殊的儀器如紅外測距儀等輔助測量場景深度，而基于通用相機的方案測量精度不理想。本發(fā)明僅采用通用相機達到更高的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點和不足，本發(fā)明提供了一種場景深度的測量裝置和方法，本發(fā)明用于測量被攝像體距攝像鏡頭的物理距離，無需機械運動部分和測量相機參數(shù)等信息，可準確地估計對象距離及對象尺寸，方便了實施者。本發(fā)明的第一個目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種場景深度的測量裝置，所述裝置包括攝像部、數(shù)據(jù)處理部和接口控制部，所述攝像部包括兩個相互平行且前后安置、獲取同一場景不同模糊度的兩幅圖像的攝像機；所述數(shù)據(jù)處理部對所述兩幅圖像對應(yīng)點的匹配及其深度計算；所述接口控制部實時顯示圖像，與用戶相交互，確定需要測量深度的對象，并輸出測量結(jié)果。優(yōu)選的，所述攝像部是由雙攝像頭構(gòu)成的前段攝像裝置，所述前段攝像裝置的所有參數(shù)均預(yù)先測定。在現(xiàn)場應(yīng)用中，無需改變相機參數(shù)或移動幾何位置，降低數(shù)據(jù)處理部的復(fù)雜程度并且提高了系統(tǒng)整體的精度。所述攝像部主要實現(xiàn)對影像的獲取。
優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理部包括將不同聚焦的兩幅圖像配準、再對選定對象的深度進行估計的圖像處理部分；根據(jù)所述接口控制部的信號提取需測量景深的對象控制部分。所述數(shù)據(jù)處理部主要實現(xiàn)對景象中對象的探測。本發(fā)明提出了深度估計所需的三種約束。它們分別是由兩幅不同模糊程度圖像估計圖像區(qū)域模糊半徑的約束；根據(jù)估計的模糊半徑構(gòu)建彼此深度對應(yīng)關(guān)系，進而估計出景深的約束；深度與成像仿射約束。通過上述約束，可以求取影像中對象的唯一深度信息及鏡頭放大率。本部分發(fā)明僅需知道相機焦距參數(shù)信息，在測量過程中無需獲取或改變其它參數(shù)。本發(fā)明在深度估計過程中，對兩幅不同聚焦的圖像自行配準。優(yōu)選的，所述接口控制部包括選擇并清晰顯示場景圖像的顯示部分；采用鼠標控制、選擇所述顯示部分上特定對象的操作部分；將選定點的景深信息輸出的接口部分。本發(fā)明的第二個目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種場景深度的測量方法，所述方法包括以下步驟首先利用一個標定好的相機在一個未知深度獲取第一幅散焦圖像，再采用與之平行的具有相同參數(shù)的的相機在不同深度位置獲取第二幅散焦圖像，深度的變化會導(dǎo)致圖像上散焦程度的變化，根據(jù)所述兩幅散焦圖像中不同散射程度構(gòu)建點擴散函數(shù)上的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)對應(yīng)像素坐標構(gòu)建深度映射關(guān)系，最終估計實際景深值并可估計出物體高度及寬度等二維尺寸。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明提供的場景深度的測量裝置的攝像部由兩個同參數(shù)的攝像頭組成，兩臺相機平行、前后安置，數(shù)據(jù)處理部對圖像進行配準，并且計算場景對象距鏡頭的幾何深度，用于測量被攝像體距攝像鏡頭的物理距離，即場景深度。本發(fā)明通過模糊半徑差異估計對象深度，無需機械運動部分和測量相機參數(shù)等信息，可以準確地估計對象距離及對象尺寸，方便了實施者，可實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下對場景中對象距離及尺寸的測量，廣泛適用于廣場、大型倉庫、商場、機場、交通管理等安防領(lǐng)域。


圖1本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)成示意 圖2本發(fā)明的攝像部的機械示意 圖3本發(fā)明的散焦圖像獲取示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的具體實施方式
詳細描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其它有益效果顯而易見。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示的場景深度的測量裝置，所述裝置包括攝像部、數(shù)據(jù)處理部分和接口控制部分。攝像部用于獲取同一場景不同模糊度的兩幅圖像；數(shù)據(jù)處理部對所述兩幅圖像對應(yīng)點的匹配及其深度計算；接口控制部實時顯示圖像，與用戶相交互，確定需要測量深度的對象，并輸出測量結(jié)果。本實施例中，通過數(shù)字靜態(tài)相機來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。在如圖2所示的實施方案中，相機21和相機22為具有相同系統(tǒng)參數(shù)的一般數(shù)碼相機，這些參數(shù)包括光學(xué)參數(shù)和分辨率等。相機21和相機22被平行且前后安置在支架23之上，平行間距d較小，近似緊密排放。為獲取聚焦模糊程度差異的圖像對，兩臺同參數(shù)的攝像機以間距Δ前后放置，兩相機與支架用緊固件連接形成一個固定的攝像部，其機械結(jié)構(gòu)如圖2所示。在本實施方案中，相鄰相機左右間距d小于ΙΟΟν，V為相機鏡面與聚焦面的距離。在本實例中，采用較小的相機間距d以減小兩幅獲取圖像間的視差，提高匹配精度。相機前后間距的選取與焦距相關(guān)，在本實施方案中取IOv S Δ UOO V。相機21與22之間采用連接線連接，通過通信協(xié)議實現(xiàn)相機間的同步，以保證拍攝時間內(nèi)兩幅圖像的場景一致。相機21和相機22獲取的圖像采用淺壓縮或不壓縮的方式進行編碼，并用數(shù)據(jù)傳輸線分別傳輸至數(shù)據(jù)處理部分的幀數(shù)據(jù)存儲器中。數(shù)據(jù)處理部分完成對象選擇及對象深度估計。在本實施例中，接口控制部分根據(jù)接口部傳輸?shù)氖髽宋恢眯畔?，選擇圖像塊并進行區(qū)域提取。鑒于場景中的對象可能具有不同的深度，所以控制部根據(jù)圖像的紋理信息，分析圖像對象，提取同一對象上的小的圖像塊為深度分析單位。該區(qū)域中像素被假設(shè)為具有相同的深度信息。在實施過程中，采用領(lǐng)域像素比對的方法分析紋理，即當領(lǐng)域內(nèi)像素與鼠標點選擇像素間的灰度差異小于門限值Th時，視為相同物體上的像素。深度估計模塊采用兩個相同參數(shù)的相機，在不同的距離對同一物體進行拍攝。所以，生成的兩幅圖像的物距不同，而焦距點的相距V相同。如圖2和圖3所示，％為最佳
物距，A和《2為產(chǎn)生散焦圖像時的物距1力相距，為和&是物距為七和是的散焦半徑。深度估計需滿足3個約束
(O圖像模糊半徑關(guān)系；
(2)模糊半徑和深度對應(yīng)關(guān)系；
(3)深度與成像仿射關(guān)系。模糊半徑估計采用迭代方法求取兩幅圖像對應(yīng)部分的模糊半徑差。在對模糊圖像配準后，對不同模糊圖像的對應(yīng)部分進行比對和分析，確定兩幅圖像中的清晰部分。將清晰部分Q(U)用不同的模糊函數(shù)進行卷積，并與與之對應(yīng)的模糊部g2(U)對比。其中，為像素坐標，Hx,y,k、即對應(yīng)于模糊半徑不斷擴大的點擴散函數(shù)，其模糊半徑對應(yīng)為Λ = AM , LR散焦變化步長。代價計算深度分析單元內(nèi)g嚴(Ay)與g2(x，y')的L2范數(shù)差，其中g(shù)p)O，/) = A(UA) gju) k= 1,2,...。最小時的R即為為和為的差距。本發(fā)明中建立模糊半徑和深度對應(yīng)關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種場景深度的測量裝置，其特征在于，所述裝置包括攝像部、數(shù)據(jù)處理部和接口控制部，所述攝像部包括兩個相互平行且前后安置、獲取同一場景不同模糊度的兩幅圖像的攝像機；所述數(shù)據(jù)處理部對所述兩幅圖像對應(yīng)點的匹配及其深度計算；所述接口控制部實時顯示圖像，與用戶相交互，確定需要測量深度的對象，并輸出測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場景深度的測量裝置，其特征在于，所述攝像部是由雙攝像頭構(gòu)成的前段攝像裝置，所述前段攝像裝置的所有參數(shù)均預(yù)先測定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場景深度的測量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理部包括將不同聚焦的兩幅圖像配準、再對選定對象的深度進行估計的圖像處理部分和根據(jù)所述接口控制部的信號提取需測量景深的對象控制部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的場景深度的測量裝置，其特征在于，所述接口控制部包括選擇并清晰顯示場景圖像的顯示部分；采用鼠標控制、選擇所述顯示部分上特定對象的操作部分；將選定點的景深信息輸出的接口部分。
5.一種場景深度的測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟首先利用一個標定好的相機在一個未知深度獲取第一幅散焦圖像，再采用與之平行的具有相同參數(shù)的相機在不同深度位置獲取第二幅散焦圖像，根據(jù)所述兩幅散焦圖像中不同散射程度構(gòu)建點擴散函數(shù)上的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)對應(yīng)像素坐標構(gòu)建深度映射關(guān)系，最終估計實際景深值并可估計出物體的高度和寬度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種場景深度的測量裝置和方法，所述裝置包括攝像部、數(shù)據(jù)處理部和接口控制部，所述方法包括以下步驟首先利用一個標定好的相機在一個未知深度獲取第一幅散焦圖像，再采用與之平行的具有相同參數(shù)的相機在不同深度位置獲取第二幅散焦圖像，深度的變化會導(dǎo)致圖像上散焦程度的變化，根據(jù)兩幅圖像中不同散射程度構(gòu)建點擴散函數(shù)上的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)對應(yīng)像素坐標構(gòu)建深度映射關(guān)系，最終估計實際景深值并可估計出物體高度及寬度等二維尺寸。本發(fā)明無需機械運動部分和測量相機參數(shù)等信息，即可能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下對場景中對象距離及尺寸的測量，方便了實施者，適用于廣場、大型倉庫、商場、機場和交通管理等安防領(lǐng)域。
文檔編號G01C3/00GK102997891SQ20121046100
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者吳東方, 葛小榮, 成喜民, 徐景明 申請人:上海光亮光電科技有限公司