一種物聯(lián)網(wǎng)雙目視覺變焦動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)與測距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺測量技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種物聯(lián)網(wǎng)雙目視覺變焦動(dòng)態(tài)目 標(biāo)跟蹤試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)與測距方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常用的測距方式有激光測距、微波雷達(dá)測距、超聲波測距W及紅外線測距等，可W 根據(jù)目標(biāo)的不同完成靜態(tài)或動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測距的目標(biāo)。
[0003] 而計(jì)算機(jī)視覺測距具有結(jié)構(gòu)簡單、高精度、非接觸、數(shù)據(jù)采集快、不傷及人眼W及 可實(shí)現(xiàn)在線測量和動(dòng)態(tài)測量等優(yōu)點(diǎn)，得到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0004] 目前常用的機(jī)器視覺測距方法有雙目立體視覺測距方法、結(jié)構(gòu)光法W及幾何光學(xué) 法。其中，最重要的是雙目立體視覺測距方法，其方法主要是對(duì)平行放置的兩臺(tái)相機(jī)采集的 圖像進(jìn)行特征點(diǎn)匹配，并根據(jù)特征點(diǎn)在左右相機(jī)的不同的成像坐標(biāo)，形成視差圖，并通過視 差計(jì)算得到對(duì)應(yīng)物點(diǎn)的深度信息。
[0005] 雙目視覺方法可W通過提取特征點(diǎn)及其匹配對(duì)物體進(jìn)行測距，具有靈活及測量準(zhǔn) 確的優(yōu)點(diǎn)，但也有其固有缺陷：定焦相機(jī)的雙目測距方法有效測量范圍較小，一般在10mW 內(nèi)，隨圖像分辨率的提升，其范圍稍有增大但增加了圖像處理工作量，相對(duì)犧牲了距離測量 的實(shí)時(shí)性，而變焦相機(jī)的雙目測距方法在相對(duì)較長的調(diào)焦的時(shí)間內(nèi)無法對(duì)實(shí)時(shí)距離進(jìn)行連 續(xù)測量，不僅如此，在實(shí)際應(yīng)用中由于兩臺(tái)相機(jī)內(nèi)參矩陣及崎變系數(shù)的差異，雙目測距方法 需要對(duì)圖像進(jìn)行校正后才能完成距離計(jì)算，該就意味著需要對(duì)全圖的每一個(gè)像素進(jìn)行預(yù)處 理，在實(shí)時(shí)性要求較高的實(shí)際應(yīng)用中是不可接受的；同樣的問題也存在于單目測距中，由于 調(diào)焦的時(shí)間相對(duì)較長而無法保證測量的連續(xù)進(jìn)行，而對(duì)于變焦相機(jī)的單目測距則還存在焦 距范圍與視野大小的矛盾，較大的焦距可W保證較高的精度卻容易導(dǎo)致較小的視野范圍， 極有可能導(dǎo)致目標(biāo)的丟失，而較小的焦距雖保證了目標(biāo)的跟蹤卻無法保證較高的測量精 度，該些在實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用中也都是不可接受的。
[0006] 同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中的測距任務(wù)，通常是針對(duì)于已知物體的，該種情況下使用小孔 成像的原理更為簡單快捷易于操作，此時(shí)若仍然使用雙目相機(jī)的立體標(biāo)定方法，繁瑣且沒 有必要，且目前的自動(dòng)可變焦相機(jī)產(chǎn)品大多是通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間來調(diào)整焦距的，由于 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)存在一定隨機(jī)性，即使輸出相同的時(shí)間調(diào)整指令，最終調(diào)整焦距也只能落在 一個(gè)范圍內(nèi)而無法是某個(gè)精確值，該就導(dǎo)致了每次測量輸出的結(jié)果都不同，也就是犧牲了 精度來擴(kuò)大了測量范圍，所W采用一種新且簡易的標(biāo)定方法計(jì)算離散后的每一個(gè)檔位的焦 距來同時(shí)保證一定的精度和測量范圍十分必要。
[0007] 當(dāng)前，大部分的計(jì)算機(jī)視覺測距裝置都是固定在一定位置對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測距顯示， 該就導(dǎo)致了使用上的局限性。隨著物聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代的來臨，信息與通信技術(shù)的目標(biāo)已經(jīng)發(fā) 展到實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的連接，所W使雙目視覺測距裝置可W移動(dòng)，通過無線通信技 術(shù)實(shí)現(xiàn)測量目標(biāo)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，進(jìn)行信息的交換和通信，從而進(jìn)行智能化的識(shí)別、定位、 跟蹤、監(jiān)控和管理，可w大大擴(kuò)展測距裝置的使用范圍，同時(shí)便于數(shù)據(jù)的訪問分析與整理。
【發(fā)明內(nèi)容】

[000引為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種物聯(lián)網(wǎng)雙目視覺變焦 動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)與測距方法，能夠從獲取的視頻圖像中對(duì)已知?jiǎng)討B(tài)目標(biāo)進(jìn)行跟 蹤并對(duì)實(shí)時(shí)距離進(jìn)行連續(xù)檢測，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中有效測量范圍較小W及增大有效范圍 卻無法保證測量精度的問題，同時(shí)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)測量數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行共享，通過無 線通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)至互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收顯示，并W其作為服務(wù)器，W便網(wǎng)絡(luò) 上的其他主機(jī)進(jìn)行訪問W及數(shù)據(jù)分析整理等。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0010] 一種物聯(lián)網(wǎng)雙目視覺變焦動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤試驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，包括：
[0011] 用于采集圖像的平行放置的焦距均離散為若干固定檔位的可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一和 可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)二；
[0012] 連接所述可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一和可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)二接收二者所采集圖像信息的圖 像采集卡；
[0013] 連接所述圖像采集卡的工控機(jī)；
[0014]W及連接所述工控機(jī)主板的無線通信模塊；
[0015] 其中，在采集圖像時(shí)，分別將兩相機(jī)置于不同檔位，保證測量區(qū)間有一定重疊，根 據(jù)測得距離由工控機(jī)控制自動(dòng)調(diào)焦及切換相機(jī)，使目標(biāo)在相機(jī)視野內(nèi)保持成像清晰和一定 的成像大小，工控機(jī)根據(jù)接收到的圖像完成目標(biāo)跟蹤，采用小孔成像原理計(jì)算出距離，最終 通過無線通信模塊將測量數(shù)據(jù)傳輸至互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種物聯(lián)網(wǎng)雙目視覺變焦動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤測距方法，采用兩臺(tái)平行 放置的可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一和可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)二采集圖像，兩相機(jī)的焦距均離散為若干固定 檔位，每個(gè)檔位固定測量特定距離范圍，通過多次調(diào)焦距離反推計(jì)算平均值的標(biāo)定方法對(duì) 不同檔位焦距進(jìn)行標(biāo)定，采集過程中，兩相機(jī)置于不同檔位，保證測量區(qū)間有一定重疊，根 據(jù)測得距離調(diào)焦及切換相機(jī)，使目標(biāo)圖像在相機(jī)視野中始終保持成像清晰且保持一定范圍 的成像大?。?br>[0017] 進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，并采用小孔成像原理計(jì)算距離；
[0018] 通過無線方式將測量數(shù)據(jù)傳輸至互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)。
[0019] 所述焦距離散為若干固定檔位的過程如下：
[0020] 對(duì)于一個(gè)焦距范圍虹in,max],在該個(gè)范圍內(nèi)焦距只使用離散的幾個(gè)焦距值點(diǎn)fi、 fg、. . .fi、. . .、fn，n為固定檔位的個(gè)數(shù)，1《i《n，min《fi<...化<...max,在進(jìn)行 焦距調(diào)整時(shí)，每次都調(diào)整固定的時(shí)間W使用固定的幾個(gè)焦距值點(diǎn)，焦距值點(diǎn)之間的切換由 一組計(jì)算機(jī)控制命令進(jìn)行控制，當(dāng)要增大鏡頭焦距控制時(shí)，發(fā)送增大焦距命令。
[0021] 所述對(duì)不同檔位焦距進(jìn)行標(biāo)定的方法是：
[0022] 對(duì)于一個(gè)固定檔位，將相機(jī)調(diào)整到該檔位，分別在其測量范圍內(nèi)每隔T米讀取成 像大小，并通過公式：焦距=物距X 計(jì)算一組焦距值，并計(jì)算該組焦距值的平均焦 買際大小 距值，若該組焦距之中有與平均焦距值的差的絕對(duì)值大于設(shè)定闊值的數(shù)據(jù)，將其剔除，把剩 余的焦距值求得的算術(shù)平均值作為一個(gè)焦距值；若沒有，則直接將此平均焦距作為一個(gè)焦 距值，連續(xù)多次調(diào)整到該固定檔位，W上述方法進(jìn)行計(jì)算，得到多個(gè)焦距值，再次平均，將最 終結(jié)果作為該固定檔位的焦距值，將離散化的幾個(gè)固定檔位的焦距均用該方法求出。
[0023] 所述目標(biāo)跟蹤采用改進(jìn)的Camshift算法完成，步驟如下：
[0024] 將兩個(gè)相機(jī)采集到的圖像均劃分為H、S、V=個(gè)通道，保存H通道數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0025] 對(duì)第一帖圖像采用自動(dòng)遍歷的方式，并對(duì)每一帖圖像采用快速目標(biāo)檢測算法：首 先跳躍式遍歷尋找目標(biāo)點(diǎn)，找到之后進(jìn)行目標(biāo)邊界鏈碼的提取W定位出目標(biāo)，確定找到目 柄后再fe用Camshift算法對(duì)目柄;跟蹤；
[0026] 到下一帖圖像時(shí)，根據(jù)上一帖圖像中目標(biāo)捜索結(jié)果，在預(yù)測的目標(biāo)位置處設(shè)置一 個(gè)比上一帖圖像模板稍大的ROI區(qū)域，將該ROI區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換到服V空間，提取H通道圖 像；
[0027] 根據(jù)H通道圖像的顏色直方圖計(jì)算該區(qū)域圖像的反向投影圖像；
[002引 WMeanshift聚類算法迭代尋找該區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)，目標(biāo)起始捜索框?yàn)樯弦惶麍D像 預(yù)測的目標(biāo)位置，并根據(jù)上一帖圖像所在位置化及當(dāng)前Camshift捜索的目標(biāo)位置，預(yù)測下 一帖圖像中目標(biāo)的位置。
[0029] 將檢測到的目標(biāo)的寬高比及檢測到的目標(biāo)大小作為是否丟失的依據(jù)，當(dāng)檢測目標(biāo) 的寬高比與已知目標(biāo)差距大于設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為目標(biāo)雖存在但即將丟失，當(dāng)檢測到的目標(biāo)面 積或長寬數(shù)據(jù)小于設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為目標(biāo)丟失，開始進(jìn)行位置預(yù)測，預(yù)測方法為根據(jù)前兩帖圖 像目標(biāo)質(zhì)屯、移動(dòng)的距離判斷當(dāng)前帖目標(biāo)出現(xiàn)的位置，同時(shí)向四周各擴(kuò)大若干像素來增大捜 索窗的大小，W在由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過快導(dǎo)致目標(biāo)丟失的情況下快速找到目標(biāo)，確認(rèn)連續(xù)多帖 丟失目標(biāo)后才歸零處理，從頭開始進(jìn)行捜索算法。
[0030] 通過如下方式對(duì)已經(jīng)確定的離散焦距點(diǎn)可測量的有效距離進(jìn)行測試，W保證每兩 個(gè)相鄰的焦距點(diǎn)可測量的有效距離有一定的重疊區(qū)域：
[0031] 確定若干闊值化1、化2.....化2。，將可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一的調(diào)焦檔位設(shè)置為奇數(shù)檔， 可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)二的調(diào)焦檔位設(shè)置為偶數(shù)檔，用可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一相機(jī)保證0~化1、化2~ 化3.....化2。-2~化2n-l的距離范圍，用可自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)二保證化1~化2、化3~化4..... 化2。_1~化2。的距離范圍，W此保證測量連續(xù)性，最終根據(jù)不同的測量結(jié)果判斷運(yùn)行輸出邏 輯選擇最優(yōu)結(jié)果輸出，W此保證測量準(zhǔn)確性，
[00對(duì)輸出邏輯為；
[003引1)、若兩臺(tái)相機(jī)輸出均為Om，表示沒有檢測到目標(biāo)，輸出Om，將未檢測到目標(biāo)的計(jì) 數(shù)器加1，繼續(xù)檢測下一帖圖像，連續(xù)8帖未檢測到目標(biāo)時(shí)，表示檢測錯(cuò)誤，將兩相機(jī)調(diào)回最 低檔位，重新開始檢測；
[0034] 2)、當(dāng)自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一未檢測到目標(biāo)而自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)二檢測到目標(biāo)時(shí)，輸出自動(dòng) 調(diào)焦相機(jī)二的測量值，并根據(jù)此測量結(jié)果將自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一調(diào)整到相應(yīng)檔位；同樣，若自 動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一檢測到目標(biāo)而自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)二未檢測到目標(biāo)時(shí)，輸出自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)一的測量 值，并根據(jù)此測量結(jié)果將自動(dòng)調(diào)焦相機(jī)二調(diào)整至相應(yīng)檔位；
[0035] 3)、當(dāng)兩相機(jī)都檢測到目標(biāo)時(shí)，先判斷是否兩相機(jī)的測量結(jié)果差距過大，若超出可 接受范圍，即差距在一個(gè)檔位的范圍W上，則判斷為檢測錯(cuò)誤，將兩相機(jī)分別置最低檔，重 新檢測；若兩相機(jī)測量結(jié)果差距在可接受范圍內(nèi)，則根據(jù)測量結(jié)果判斷兩相機(jī)是否處于正 確的檔位：若兩相機(jī)檔位均不正確，則分別調(diào)整兩相機(jī)至正確檔位，調(diào)整時(shí)輸出另一個(gè)相機(jī) 的計(jì)算結(jié)果；若其中有一個(gè)相機(jī)的檔位不正確，則調(diào)整該相機(jī)，同時(shí)輸出檔位正確相機(jī)的計(jì) 算結(jié)果；若兩相機(jī)均處于正確檔位，則計(jì)算兩相機(jī)計(jì)算結(jié)果的差值，若小于設(shè)定闊值，則輸 出高檔位相機(jī)的計(jì)算結(jié)果，否則輸出低檔位相機(jī)的計(jì)算結(jié)果。
[0036] 根據(jù)所需測量的距離范圍W及相機(jī)在一個(gè)焦距點(diǎn)處能夠精確測量的有效區(qū)間，將 距離范圍離散為若干段，使每一段距離范圍都略小于相機(jī)測量的有效區(qū)間，W保證測量準(zhǔn) 確同時(shí)調(diào)焦次數(shù)盡量少，將離散的若干距離段的端點(diǎn)作為若干闊值化1、化2.....化2。。
[0037] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用機(jī)器視覺測距技術(shù)來檢測動(dòng)態(tài)目標(biāo)的實(shí)時(shí)距離，算 法過程