本發(fā)明屬于機(jī)器視覺領(lǐng)域，具體涉及一種基于全景和常規(guī)視覺的混合視覺目標(biāo)定位方法。

背景技術(shù)：

視覺技術(shù)由于其具有非接觸感知、獲取信息量豐富、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在環(huán)境理解、目標(biāo)探測(cè)、視覺導(dǎo)航及安防監(jiān)控等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。混合視覺系統(tǒng)由一個(gè)全景視覺系統(tǒng)和一個(gè)常規(guī)視覺系統(tǒng)組成的異構(gòu)混合立體視覺系統(tǒng)，其利用全景視覺成像視角廣闊及球面空間方位可定位的特點(diǎn)，首先對(duì)環(huán)境目標(biāo)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，然后控制常規(guī)視覺系統(tǒng)對(duì)興趣目標(biāo)進(jìn)行精確觀察,此混合系統(tǒng)兼顧了視覺視場(chǎng)和可視距離雙重因素，正逐漸成為實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)遠(yuǎn)距離環(huán)境感知的有效手段，目前，并未見基于此異構(gòu)雙尺度混合視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)視域內(nèi)所識(shí)別目標(biāo)精確定位以及三維空間重構(gòu)等方面的研究相關(guān)報(bào)道。因此，基于全景和常規(guī)視覺的混合視覺目標(biāo)定位技術(shù)的研究具有很大價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于全景和常規(guī)視覺的混合視覺目標(biāo)定位方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于全景和常規(guī)視覺的混合視覺目標(biāo)定位方法，包括如下步驟：

(1)混合視覺系統(tǒng)的標(biāo)定；

(2)全景相機(jī)識(shí)別目標(biāo)并計(jì)算全景圖像中目標(biāo)的方位角、透視相機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度并拍攝全景相機(jī)識(shí)別到的目標(biāo)；

(3)采用SIFT圖像特征點(diǎn)匹配算法對(duì)混合視覺系統(tǒng)的共同視場(chǎng)中特征點(diǎn)進(jìn)行匹配；

(4)計(jì)算所識(shí)別目標(biāo)的三維信息對(duì)其進(jìn)行定位；

所述的混合視覺系統(tǒng)，上半部分為一個(gè)全景相機(jī)，下半部分為一個(gè)透視相機(jī)；其中全景相機(jī)包括雙曲面全方位成像反光鏡1,經(jīng)全景相機(jī)環(huán)形透光玻璃支撐筒2支撐在全景相機(jī)支架底座3上，在全方位成像反光鏡1下方全景相機(jī)環(huán)形透光玻璃支撐筒2內(nèi)的全景相機(jī)支架底座3上，垂直向上設(shè)置有1394相機(jī)4；作為透視相機(jī)的1394相機(jī)5垂直鏈接于可旋轉(zhuǎn)的鏈接桿6并垂直鏈接在全景相機(jī)支架底座3上，透視相機(jī)環(huán)形透光玻璃支撐筒7支撐全景相機(jī)，置于透視相機(jī)支架底座8上。

所述的混合視覺系統(tǒng)的標(biāo)定是對(duì)極幾何模型，其中全景相機(jī)由球形同一模型表示，透視相機(jī)用小孔模型表示，通過全景攝像機(jī)有效投影中心O_m1、透視攝像機(jī)有效投影中心O_m2和空間一點(diǎn)x的平面稱為極平面，兩個(gè)投影中心的連線稱為基線，任意兩張極平面均相交于基線；極平面與單位球相交于單位圓，該圓在全景圖像上成像為一條二次曲線l₁，該曲線稱為全景圖像極線；極平面與透視相機(jī)成像平面交于直線l₂，該直線稱為透視圖像極線；同一張極平面π在兩個(gè)攝像機(jī)像平面上成像的兩條曲線l₁，l₂稱為一對(duì)極線對(duì)應(yīng)；基線與單位球相交于兩點(diǎn)，其在全景相機(jī)像平面上的成像點(diǎn)為為全景圖像極點(diǎn)，記為e₁₁、e₁₂；基線與透視相機(jī)平面交于e₂為透視相機(jī)成像面極點(diǎn)，e₁₁和e₁₂是透視相機(jī)有效投影中心在全景視覺系統(tǒng)像平面上的成像點(diǎn)，e₂則是全景視覺系統(tǒng)有效投影中心在透視相機(jī)像平面上的成像點(diǎn)；所有極平面組成了共基線的平面束，極平面在兩個(gè)視覺系統(tǒng)成像平面上的投影曲線都相交于極點(diǎn)，組成共極點(diǎn)的平面曲線簇。

所述的全景相機(jī)識(shí)別目標(biāo)并計(jì)算全景圖像中目標(biāo)的方位角，主要步驟包括：

1)用基于分區(qū)的自適應(yīng)閾值Canny邊緣檢測(cè)算法對(duì)全景圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，對(duì)海天線邊緣進(jìn)行雙閾值梯度方向過濾；

2)對(duì)圖像邊緣進(jìn)行細(xì)化，使用基于最長(zhǎng)曲線法海天線邊緣提取算法進(jìn)行橢圓擬合得到海天線邊緣成像橢圓方程；

3)根據(jù)海天線橢圓方程對(duì)海天線上艦船目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)；

4)根據(jù)標(biāo)定的圖像中心和識(shí)別的艦船目標(biāo)中心點(diǎn)，計(jì)算目標(biāo)相對(duì)于全景坐標(biāo)系的方位角。

本發(fā)明的有益效果在于：使用混合視覺系統(tǒng)，在保證全景視覺系統(tǒng)大視場(chǎng)視頻監(jiān)視這一優(yōu)勢(shì)的前提下，應(yīng)用透視相機(jī)高分辨率這一優(yōu)勢(shì)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，提高了定位精度，從而實(shí)現(xiàn)了一種低功耗、高性能的立體化可視化目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明混合視覺裝置示意圖。

圖2為本發(fā)明中混合視覺系統(tǒng)標(biāo)定模型說明。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和本發(fā)明一種較佳的具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明公開了一種基于全景和常規(guī)視覺的混合視覺目標(biāo)定位技術(shù)。采用機(jī)器視覺的方案，使用一個(gè)全景相機(jī)和一個(gè)透視相機(jī)組合的混合視覺系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)的定位。主要步驟有，混合視覺系統(tǒng)的標(biāo)定、全景相機(jī)識(shí)別目標(biāo)并計(jì)算全景圖像中目標(biāo)的方位角、透視相機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度并拍攝全景相機(jī)識(shí)別到的目標(biāo)、采用SIFT圖像特征點(diǎn)匹配算法對(duì)混合視覺系統(tǒng)的共同視場(chǎng)中特征點(diǎn)進(jìn)行匹配、計(jì)算所識(shí)別目標(biāo)的三維信息進(jìn)行定位。本發(fā)明的有益效果是：使用混合視覺系統(tǒng)，在保證全景視覺系統(tǒng)大視場(chǎng)視頻監(jiān)視這一優(yōu)勢(shì)的前提下，應(yīng)用透視相機(jī)高分辨率這一優(yōu)勢(shì)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，提高了定位精度，從而實(shí)現(xiàn)了一種低功耗、高性能的立體化可視化目標(biāo)探測(cè)與定位系統(tǒng)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：采用基于全景視覺和常規(guī)變焦視覺技術(shù)相結(jié)合的異構(gòu)雙尺度探測(cè)模式，構(gòu)建了一套大范圍目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)利用全景視覺成像系統(tǒng)“水平視場(chǎng)無死角、垂直視場(chǎng)抗搖擺、成像凝視一體化、360度大視場(chǎng)、軸線旋轉(zhuǎn)不變性、可空間球面坐標(biāo)定位、圖像沉浸感強(qiáng)、系統(tǒng)無運(yùn)動(dòng)部件”等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)一定距離范圍內(nèi)的大視場(chǎng)環(huán)境“粗略”監(jiān)視，當(dāng)在其全景視域范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)或需要對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行定點(diǎn)精確觀察時(shí)，全景視覺系統(tǒng)對(duì)視點(diǎn)進(jìn)行方位解算后，激發(fā)處于休眠狀態(tài)的常規(guī)變焦視覺系統(tǒng)，引導(dǎo)其通過寬范圍光學(xué)變焦實(shí)現(xiàn)對(duì)既定視點(diǎn)的精確觀察，這樣利用全景視覺系統(tǒng)的廣闊視場(chǎng)進(jìn)行目標(biāo)發(fā)覺，利用常規(guī)變焦視覺系統(tǒng)的遠(yuǎn)視能力來彌補(bǔ)全景視覺系統(tǒng)定焦成像及分辨率不足的缺點(diǎn)，且在浮標(biāo)周圍海域內(nèi)未出現(xiàn)興趣目標(biāo)時(shí)，常規(guī)變焦視覺系統(tǒng)處于一種零功耗的休眠狀態(tài)，而全景視覺系統(tǒng)由于沒有運(yùn)動(dòng)部件，其采集圖像的功耗很低，從而實(shí)現(xiàn)了一種低功耗、高性能的立體化可視化目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)。

一種基于全景和常規(guī)視覺的混合視覺目標(biāo)定位技術(shù)，主要步驟有：混合視覺系統(tǒng)的標(biāo)定、全景相機(jī)識(shí)別目標(biāo)并計(jì)算全景圖像中目標(biāo)的方位角、透視相機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度并拍攝全景相機(jī)識(shí)別到的目標(biāo)、采用SIFT圖像特征點(diǎn)匹配算法對(duì)混合視覺系統(tǒng)的共同視場(chǎng)中特征點(diǎn)進(jìn)行匹配、計(jì)算所識(shí)別目標(biāo)的三維信息進(jìn)行定位。

第一步：混合視覺系統(tǒng)的標(biāo)定，使用平面板立體標(biāo)定方法，主要步驟有：

1)使用平面板放在不同位置，使用全景和透視相機(jī)同時(shí)拍攝25幅圖像。

2)使用matlab標(biāo)定工具箱進(jìn)行標(biāo)定。

第二步：全景相機(jī)識(shí)別目標(biāo)并計(jì)算全景圖像中目標(biāo)的方位角，主要步驟有：

1)用基于分區(qū)的自適應(yīng)閾值Canny邊緣檢測(cè)算法對(duì)全景圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，對(duì)海天線邊緣進(jìn)行雙閾值梯度方向過濾。

2)對(duì)圖像邊緣進(jìn)行細(xì)化，使用基于最長(zhǎng)曲線法海天線邊緣提取算法進(jìn)行橢圓擬合得到海天線邊緣成像橢圓方程。

3)根據(jù)海天線橢圓方程對(duì)海天線上艦船目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

4)根據(jù)標(biāo)定的圖像中心和識(shí)別的艦船目標(biāo)中心點(diǎn)，計(jì)算目標(biāo)相對(duì)于全景坐標(biāo)系的方位角。

第三步：透視相機(jī)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度并拍攝全景相機(jī)識(shí)別到的目標(biāo)。

第四步：采用SIFT圖像特征點(diǎn)匹配算法對(duì)混合視覺系統(tǒng)的共同視場(chǎng)中特征點(diǎn)進(jìn)行匹配。

第五步：計(jì)算所識(shí)別目標(biāo)的三維信息進(jìn)行定位。