本發(fā)明提出了一種基于立體視覺(jué)的閃電三維定位方法，適用于閃電的空間重建和三維定位，涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)和航空航天等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：閃電是大氣中瞬時(shí)的強(qiáng)放電過(guò)程，根據(jù)是否接地可分為地閃和云閃兩種。閃電是我國(guó)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，由于其具有大電流、強(qiáng)電磁輻射等特性，常常引起森林火災(zāi)、供電中斷、通訊故障、設(shè)備破壞等事故，尤其影響空中飛行器的安全。據(jù)保守估計(jì)，我國(guó)每年因雷災(zāi)造成的人員傷亡上千人，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)數(shù)億元，而由此造成的間接經(jīng)濟(jì)損失和影響難以估計(jì)，雷電災(zāi)害已經(jīng)波及到各行各業(yè)和生活的方方面面。閃電定位數(shù)據(jù)是對(duì)將要發(fā)生閃電活動(dòng)的區(qū)域進(jìn)行預(yù)警以提前采取應(yīng)對(duì)措施、減少閃電災(zāi)害損失的重要基礎(chǔ)。另外，閃電定位數(shù)據(jù)也是進(jìn)行災(zāi)害事故成因調(diào)查的重要依據(jù)。目前閃電定位主要采用VLF和LF兩種方法，這兩種方法難以直接觀測(cè)閃電的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提出一種基于立體視覺(jué)的閃電三維定位方法，采用立體視覺(jué)技術(shù)對(duì)空間中的閃電進(jìn)行三維定位，根據(jù)閃電的二維圖像直觀展示閃電的發(fā)展過(guò)程，以便于進(jìn)一步探究和預(yù)警閃電活動(dòng)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是：一種基于立體視覺(jué)的閃電三維定位方法，包括以下步驟：A、搭建雙目立體視覺(jué)硬件系統(tǒng)，標(biāo)定攝像機(jī)相關(guān)參數(shù)；B、采集閃電圖像并進(jìn)行預(yù)處理；C、分割提取閃電骨架線；D、匹配左右圖像閃電序列點(diǎn)；E、利用雙目立體視覺(jué)測(cè)量模型計(jì)算閃電的空間三維坐標(biāo)。作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟A中所述搭建雙目立體視覺(jué)硬件系統(tǒng)，標(biāo)定攝像機(jī)相關(guān)參數(shù)，具體包括：A1、搭建雙目立體視覺(jué)硬件系統(tǒng)：將兩臺(tái)相同型號(hào)的攝像機(jī)以一定的基線距離固定在光學(xué)平臺(tái)上，保證閃電在兩臺(tái)攝像機(jī)成像范圍之內(nèi)；A2、拍攝標(biāo)定板圖像組：將棋盤格標(biāo)定板放置于雙目平臺(tái)前方，使標(biāo)定板在兩個(gè)相機(jī)中完整成像；通過(guò)旋轉(zhuǎn)、平移標(biāo)定板方式拍攝多組不同姿態(tài)下的標(biāo)定板圖像；A3、以左相機(jī)坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系，提取標(biāo)定板圖像角點(diǎn)，用最小二乘法獲得左右相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣、外部參數(shù)矩陣以及左右相機(jī)鏡頭的畸變參數(shù)。作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟B中，所述采集閃電圖像并進(jìn)行預(yù)處理，具體包括：用標(biāo)定好的雙目相機(jī)采集閃電圖像，左攝像機(jī)采集的圖像為原始左圖像，右攝像機(jī)采集的圖像為原始右圖像，然后，根據(jù)標(biāo)定參數(shù)對(duì)左右圖像進(jìn)行消除畸變和極線校正處理，并對(duì)原始左、右圖像進(jìn)行濾波、增強(qiáng)操作。作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟C中，所述分割提取閃電骨架線，具體包括：C1、利用閾值法或邊緣檢測(cè)分割方法二值化閃電圖像；C2、采用兩步迭代法細(xì)化二值化圖像，得到只含一個(gè)像素點(diǎn)的閃電輪廓線；C3、提取細(xì)化后閃電輪廓的起始點(diǎn)和分支點(diǎn)；C4、分割閃電初始骨架線。作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟C2中，細(xì)化二值化圖像的方法具體包括：掃描整幅二值化圖像，定義待刪除的像素為p1，p1周圍的近鄰像素位置關(guān)系為：以p1為中心，p2、p6、p8、p4分別位于p1的上、下、左、右位置，p9、p3、p7、p5分別位于p1的左上、右上、左下、右下位置；定義n(p1)和s(p1)兩個(gè)參數(shù)，其中n(p1)表示與p1相鄰的非零像素個(gè)數(shù)，s(p1)表示沿p2p3p4p5p6p7p8p9p2順序由像素值0過(guò)渡到像素值1的總次數(shù)；對(duì)于某點(diǎn)p1＝1，如果同時(shí)滿足下面四個(gè)條件，則將p1標(biāo)記為“可刪除”，將全部圖像掃描一遍后再統(tǒng)一刪除：條件1:2<＝n(p1)<＝6；條件2：s(p1)＝1；條件3：p2*p4*p6＝0；條件4：p4*p6*p8＝0。作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟C3中，所述提取細(xì)化后閃電輪廓的起始點(diǎn)和分支點(diǎn)，具體包括：閃電輪廓的起始點(diǎn)是閃電的端點(diǎn)，用TopPoint表示；閃電輪廓的分支點(diǎn)是閃電的分支處的結(jié)點(diǎn)，用BranchPoint表示：C31、遍歷圖像中的非零像素點(diǎn)p1；C32、計(jì)算以像素點(diǎn)p1為中心的3×3大小窗口的近鄰像素非零個(gè)數(shù)pcount，以及在所述p1周圍的近鄰像素位置關(guān)系下，沿p9p2p3p4p5p6p7p8p9順序由像素值1過(guò)渡到像素值1的總次數(shù)A；C33、根據(jù)pcount和A的關(guān)系判斷該像素點(diǎn)的屬性：當(dāng)pcount-A>＝3時(shí)，該點(diǎn)為閃電分支點(diǎn)BranchPoint；當(dāng)pcount-A＝1時(shí)，像素點(diǎn)p1為閃電起始點(diǎn)TopPoint；C34、當(dāng)遍歷完整幅圖像后，結(jié)束搜索，完成閃電輪廓起始點(diǎn)和分支點(diǎn)的提取。作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟C4中，所述分割閃電初始骨架線，是指將細(xì)化后圖像中的閃電分割成多條骨架線L(m,k)，其中，m表示圖像中第m條閃電分支骨架線，k表示這條骨架線上的第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，每條骨架線上的輪廓點(diǎn)不重復(fù)；具體分割步驟包括：C41、以閃電的TopPoint為起始點(diǎn)開(kāi)始搜索屬于同一分支的閃電序列點(diǎn)，遇到分支點(diǎn)即停止搜索，直到遍歷完所有TopPoint；C42、以BranchPoint為起始點(diǎn)開(kāi)始搜索屬于同一分支的閃電序列點(diǎn)，遇到其他分支點(diǎn)即停止，直到遍歷完所有分支點(diǎn)。作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟D中，所述匹配左右圖像閃電序列點(diǎn)，包括：以左圖像中的閃電序列點(diǎn)為待匹配點(diǎn)，根據(jù)極線約束原則和自適應(yīng)支撐權(quán)重算法，采用勝者為王WTA原則在右圖像中所有閃電序列點(diǎn)中找到相應(yīng)匹配點(diǎn)，匹配步驟包括：D1、根據(jù)雙目相機(jī)實(shí)際所能測(cè)量的最小和最大物理距離Zmin,Zmax，得到左右相機(jī)匹配點(diǎn)對(duì)的最大和最小視差Maxdisp、Mindisp：Zmin=B*fMaxdisp-(cx-cx′)---(1)]]>Zmax=B*fMindisp-(cx-cx′)---(2)]]>其中，B為相機(jī)間的基線距離，f為相機(jī)像素焦距，cx和cx′表示左右相機(jī)光心橫坐標(biāo)，均由標(biāo)定所得；D2、根據(jù)極線約束原則，以分割得到的閃電分支序列點(diǎn)為待匹配對(duì)象，在右圖像的所有閃電序列點(diǎn)中找到與左圖像閃電點(diǎn)橫坐標(biāo)相同且視差在最大和最小視差范圍內(nèi)的序列點(diǎn)為左圖像的候選匹配點(diǎn)；D3、計(jì)算左圖像的閃電序列點(diǎn)和與之相對(duì)應(yīng)的所有候選匹配點(diǎn)的能量代價(jià)，能量代價(jià)計(jì)算公式為：E(p,p‾d)=Σq∈Np,q‾d∈Np‾dω(p,q)ω(p‾d,q‾d)e(q,q‾d)Σq∈Np,q‾d∈Np‾dω(p,q)ω(p‾d,q‾d)---(3)]]>其中，p表示左圖像中的待匹配點(diǎn)，q表示左圖像中以p為中心的鄰域Np內(nèi)的像素點(diǎn)，表示右圖像中與序列點(diǎn)p視差為d的候選匹配點(diǎn)，表示右圖像中以為中心的鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)，Np和大小一致，通常為33×33或35×35大小的奇數(shù)方形窗口，表示像素點(diǎn)q和在RGB顏色空間的原始能量代價(jià)，ω(p,q)表示待匹配點(diǎn)p和像素點(diǎn)q的支撐權(quán)重；ω(p,q)的計(jì)算公式如下：e(q,q‾d)=min{Σc∈{r,g,b}|Ic(q)-Ic(q‾d)|,T}---(4)]]>ω(p,q)=exp(-(Δcpqγc+Δgpqγp))---(5)]]>式(4)中，T表示能量代價(jià)的閾值，由經(jīng)驗(yàn)值確定；Ic(q)和分別表示像素點(diǎn)q、在r、g、b三個(gè)顏色通道的亮度值；式(5)中，Δcpq、Δgpq分別表示像素點(diǎn)p和q在空間上的歐式距離及Lab空間的顏色距離，γc和γp表示Δcpq、Δgpq在支撐權(quán)重計(jì)算中的權(quán)重，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定；Δcpq、Δgpq表達(dá)式如下：Δcpq=(Lp-Lq)2+(ap-aq)2+(ba-bq)2---(6)]]>Δgpq=(p.x-q.x)2+(p.y-q.y)2---(7)]]>D4、根據(jù)勝者為王WTA原則，將能量代價(jià)最小的候選點(diǎn)作為左圖像中該序列點(diǎn)的匹配點(diǎn)，表達(dá)式如式(8)所示：dp=argmind∈SdE(p,p‾d)---(8)]]>其中，Sd表示不同視差的待匹配點(diǎn)集合。作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟E中，利用雙目立體視覺(jué)測(cè)量模型計(jì)算閃電的空間三維坐標(biāo)，具體包括：E1、提取匹配后左右圖像中閃電序列的亞像素坐標(biāo)；E2、利用視差原理結(jié)合標(biāo)定參數(shù)得到閃電在空間中的三維坐標(biāo)，像素坐標(biāo)與三維空間坐標(biāo)(XW,YW,ZW)的關(guān)系如式(9)所示：XW=B*(xl-cx)(x1-xr)-(cx-cx′)YW=B*(yl-cy)(xl-xr)-(cx-cx′)ZW=B*f(xl-xr)-(cx-cx′)---(9)]]>其中，xl和xr表示左右圖像閃電匹配點(diǎn)對(duì)在像素坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo)，yl表示左圖像中閃電匹配點(diǎn)在像素坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)，cx和cx'表示校正后左相機(jī)和右相機(jī)光心的橫坐標(biāo)，cy表示校正后左相機(jī)光心的縱坐標(biāo)。B表示左右相機(jī)間的基線距離，f表示左相機(jī)像素焦距。cx、cx'、cy、B和f均由相機(jī)標(biāo)定得到。本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)目標(biāo)物體上在不同位置相機(jī)上成像點(diǎn)位置的差異(視差)，計(jì)算其空間坐標(biāo)進(jìn)行重建，在此過(guò)程中獲取成像點(diǎn)的匹配信息，成為整個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題。本發(fā)明采用極線約束和自適應(yīng)支撐權(quán)重方法對(duì)閃電骨架點(diǎn)進(jìn)行匹配，在匹配前通過(guò)二值化和骨架線提取處理使得匹配范圍縮小，提高了整個(gè)方案的計(jì)算效率。其次，在計(jì)算閃電三維坐標(biāo)前，將閃電坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為亞像素坐標(biāo)，使得閃電定位更加準(zhǔn)確。此外，本發(fā)明采用機(jī)器視覺(jué)的測(cè)量技術(shù)，可通過(guò)相機(jī)成像直觀表達(dá)閃電從發(fā)生到結(jié)束的外在形態(tài)，對(duì)閃電研究具有重要支撐作用。附圖說(shuō)明圖1為像素的領(lǐng)域關(guān)系；圖2為閃電三維定位流程圖；圖3為閃電骨架線分割流程圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明旨在提出一種基于立體視覺(jué)的閃電三維定位方法，采用立體視覺(jué)技術(shù)對(duì)空間中的閃電進(jìn)行三維定位，根據(jù)閃電的二維圖像直觀展示閃電的發(fā)展過(guò)程，以便于進(jìn)一步探究和預(yù)警閃電活動(dòng)。如圖2所示，本發(fā)明中的閃電三維立體定位技術(shù)方案具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：1)相機(jī)參數(shù)標(biāo)定：在本發(fā)明中，相機(jī)參數(shù)是影響發(fā)明效果的關(guān)鍵因素之一，相機(jī)參數(shù)標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性將決定閃電定位的精度。在標(biāo)定過(guò)程中，一共涉及世界坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系、成像平面坐標(biāo)系、圖像坐標(biāo)系4個(gè)坐標(biāo)系，需要標(biāo)定的參數(shù)包括相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)、相機(jī)相對(duì)于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)平移矩陣以及鏡頭的畸變。相機(jī)參數(shù)標(biāo)定的具體實(shí)施步驟如下：A、搭建雙目立體視覺(jué)硬件系統(tǒng)。將兩臺(tái)相同型號(hào)的攝像機(jī)以一定的基線距離固定在光學(xué)平臺(tái)上，保證閃電在兩臺(tái)攝像機(jī)成像范圍之內(nèi)，搭建完成后兩相機(jī)之間的相對(duì)位置即固定不變。B、拍攝標(biāo)定板圖像組。將棋盤格標(biāo)定板放置于雙目平臺(tái)前方，使標(biāo)定板在兩個(gè)相機(jī)中完整成像。通過(guò)旋轉(zhuǎn)、平移標(biāo)定板等方式拍攝多組不同姿態(tài)下的標(biāo)定板圖像。C、以左相機(jī)坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系，提取標(biāo)定板圖像角點(diǎn)，用最小二乘法獲得左右相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣、外部參數(shù)矩陣以及左右相機(jī)鏡頭的畸變參數(shù)。2)采集閃電圖像并進(jìn)行預(yù)處理操作：用標(biāo)定好的雙目相機(jī)采集閃電圖像，左攝像機(jī)采集的圖像為原始左圖像，右攝像機(jī)采集的圖像為原始右圖像。其次，根據(jù)標(biāo)定參數(shù)對(duì)左右圖像進(jìn)行消除畸變和極線校正處理，使消除畸變后的兩幅圖像嚴(yán)格地行對(duì)應(yīng)。最后，由于相機(jī)采集過(guò)程中會(huì)引入噪聲等干擾，因此有必要對(duì)原始左、右圖像進(jìn)行濾波、增強(qiáng)等預(yù)處理操作。3)分割提取閃電骨架線：為準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)閃電的三維定位，我們需要進(jìn)一步提取圖像中的閃電目標(biāo)。以雙目相機(jī)采集的左圖像為例，具體實(shí)施步驟如下：A、利用閾值法或邊緣檢測(cè)等分割方法二值化閃電圖像。B、采用兩步迭代法細(xì)化二值圖像，得到只含一個(gè)像素點(diǎn)的閃電輪廓線。具體細(xì)化過(guò)程如下：掃描整幅二值圖像，定義待刪除的像素為p1，p1周圍的近鄰像素位置關(guān)系如圖1所示。定義n(p1)和s(p1)兩個(gè)參數(shù)。其中n(p1)表示與p1相鄰的非零像素個(gè)數(shù)，s(p1)表示沿p2p3p4p5p6p7p8p9p2順序由像素值0過(guò)渡到像素值1的總次數(shù)。第一步：對(duì)于某點(diǎn)p1＝1，如果同時(shí)滿足下面四個(gè)條件，則將p1標(biāo)記為“可刪除”，將全部圖像掃描一遍后再統(tǒng)一刪除。條件1:2<＝n(p1)<＝6。如果p1只是一個(gè)鄰點(diǎn)，它就是像素串的端點(diǎn)，不能刪除。如果p1有7個(gè)鄰點(diǎn)，刪除p1就會(huì)刪除一塊區(qū)域并導(dǎo)致區(qū)域分裂。條件2：s(p1)＝1。如果鄰域中有多于一個(gè)的0-1過(guò)渡，則刪除p1會(huì)導(dǎo)致區(qū)域分裂。條件3：p2*p4*p6＝0。條件4：p4*p6*p8＝0。第二步：對(duì)于某點(diǎn)p1＝1,如果同時(shí)滿足下面四個(gè)條件，則將p1標(biāo)記為“可刪除”，將全部圖像掃描一遍后再統(tǒng)一刪除。條件1：2<＝n(p1)<＝6。條件2：s(p1)＝1。條件3：p2*p4*p8＝0。條件4：p8*p2*p6＝0。C、提取細(xì)化后閃電輪廓的起始點(diǎn)和分支點(diǎn)：閃電輪廓的起始點(diǎn)是閃電的端點(diǎn)，用TopPoint表示；閃電輪廓的分支點(diǎn)是閃電的分支處的結(jié)點(diǎn)，用BranchPoint表示。具體步驟如下：第一步：遍歷圖像中的非零像素點(diǎn)p1。第二步：計(jì)算以像素點(diǎn)p1為中心的3×3大小窗口的近鄰像素非零個(gè)數(shù)pcount，以及按圖1所示的像素近鄰關(guān)系沿p9p2p3p4p5p6p7p8p9順序由1過(guò)渡到1的總次數(shù)A。第三步：根據(jù)pcount和A的關(guān)系判斷該像素點(diǎn)的屬性。當(dāng)pcount-A>＝3時(shí)，該點(diǎn)為閃電分支點(diǎn)BranchPoint；當(dāng)pcount-A＝1時(shí)，像素點(diǎn)p1為閃電起始點(diǎn)TopPoint；第四步：結(jié)束搜索。當(dāng)遍歷完整幅圖像后，結(jié)束搜索，完成閃電輪廓起始點(diǎn)和分支點(diǎn)的提取。D、分割閃電初始骨架線：即將細(xì)化后圖像中的閃電分割成多條骨架線L(m,k)，其中，m表示圖像中第m條閃電分支骨架線，k表示這條骨架線上的第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。每條骨架線上的輪廓點(diǎn)不重復(fù)。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：第一步：以閃電的TopPoint為起始點(diǎn)開(kāi)始搜索屬于同一分支的閃電序列點(diǎn)，遇到分支點(diǎn)即停止搜索，直到遍歷完所有TopPoint。第二步：以BranchPoint為起始點(diǎn)開(kāi)始搜索屬于同一分支的閃電序列點(diǎn)，遇到其他分支點(diǎn)即停止，直到遍歷完所有分支點(diǎn)。4)匹配左右圖像閃電序列點(diǎn)：以左圖像中的閃電序列點(diǎn)為待匹配點(diǎn)，根據(jù)極線約束原則和自適應(yīng)支撐權(quán)重算法，采用勝者為王WTA(Winner-take-all)原則在右圖像中所有閃電序列點(diǎn)中找到相應(yīng)匹配點(diǎn)。第一步：根據(jù)雙目相機(jī)實(shí)際所能測(cè)量的最小和最大物理距離Zmin,Zmax，得到左右相機(jī)匹配點(diǎn)對(duì)的最大和最小視差Maxdisp、Mindisp。Zmin=B*fMaxdisp-(cx-cx′)---(1)]]>Zmax=B*fMindisp-(cx-cx′)---(2)]]>其中，B為相機(jī)間的基線距離，f為相機(jī)像素焦距，cx和cx′表示左右相機(jī)光心橫坐標(biāo)，均由標(biāo)定所得。第二步：根據(jù)極線約束原則，以步驟3)中分割得到的閃電分支序列點(diǎn)為待匹配對(duì)象，在右圖像的所有閃電序列點(diǎn)中找到與左圖像閃電點(diǎn)橫坐標(biāo)相同且視差在最大和最小視差范圍內(nèi)的序列點(diǎn)為左圖像的候選匹配點(diǎn)。第三步：計(jì)算左圖像的閃電序列點(diǎn)和與之相對(duì)應(yīng)的所有候選匹配點(diǎn)的能量代價(jià)。能量代價(jià)計(jì)算公式如式(3)所示：其中，p表示左圖像中的待匹配點(diǎn)，q表示左圖像中以p為中心的鄰域Np內(nèi)的像素點(diǎn)。表示右圖像中與序列點(diǎn)p視差為d的候選匹配點(diǎn)，表示右圖像中以為中心的鄰域內(nèi)的像素點(diǎn)，Np和大小一致，通常為33×33或35×35大小的奇數(shù)方形窗口。表示像素點(diǎn)q和在RGB顏色空間的原始能量代價(jià)，ω(p,q)表示待匹配點(diǎn)p和像素點(diǎn)q的支撐權(quán)重。其表達(dá)式分別如式(4)、(5)所示。e(q,q‾d)=min{Σc∈{r,g,b}|Ic(q)-Ic(q‾d)|,T}---(4)]]>ω(p,q)=exp(-(Δcpqγc+Δgpqγp))---(5)]]>式(4)中，T表示能量代價(jià)的閾值，由經(jīng)驗(yàn)值確定。Ic(q)和分別表示像素點(diǎn)q、在r、g、b三個(gè)顏色通道的亮度值。式(5)中，Δcpq、Δgpq分別表示像素點(diǎn)p和q在空間上的歐式距離及Lab空間的顏色距離，γc和γp表示Δcpq、Δgpq在支撐權(quán)重計(jì)算中的權(quán)重，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定。Δcpq、Δgpq表達(dá)式如下：Δcpq=(Lp-Lq)2+(ap-aq)2+(ba-bq)2---(6)]]>Δgpq=(p.x-q.x)2+(p.y-q.y)2---(7)]]>第四步：根據(jù)勝者為王WTA(Winner-take-all)原則，將能量代價(jià)最小的候選點(diǎn)作為左圖像中該序列點(diǎn)的匹配點(diǎn)，具體表達(dá)式如式(8)所示。dp=argmind∈SdE(p,p‾d)---(8)]]>其中，Sd表示不同視差的待匹配點(diǎn)集合。5)利用雙目立體視覺(jué)測(cè)量模型求出閃電的空間三維坐標(biāo)：在完成左右圖像中閃電序列點(diǎn)的匹配后，我們得到多組匹配點(diǎn)對(duì)，根據(jù)匹配點(diǎn)對(duì)在左右圖像中對(duì)應(yīng)的像素坐標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)像素坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，完成閃電的三維坐標(biāo)測(cè)量。具體步驟如下：第一步：提取匹配后左右圖像中閃電序列的亞像素坐標(biāo)。在閃電的空間定位中，閃電的測(cè)量距離較遠(yuǎn)，像素坐標(biāo)的一個(gè)微小變化也會(huì)引起巨大的測(cè)量誤差，本發(fā)明選擇在閃電序列點(diǎn)匹配完成后再提取亞像素坐標(biāo)使得閃電的三維測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，閃電定位更精準(zhǔn)。第二步：利用視差原理結(jié)合標(biāo)定參數(shù)得到閃電在空間中的三維坐標(biāo)。實(shí)施例：1)相機(jī)標(biāo)定：本實(shí)例采用兩臺(tái)型號(hào)相同的CCD攝像機(jī)，固定在光學(xué)平臺(tái)上，兩相機(jī)鏡頭處于同一平面，兩相機(jī)相距D，D的取值以能夠使閃電所成像在圖像中為原則。本例采用棋盤格法進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，具體步驟如下：步驟一：將標(biāo)定板放置于搭建的雙目平臺(tái)前方，使標(biāo)定板在兩個(gè)相機(jī)中完整成像。通過(guò)旋轉(zhuǎn)、平移等手段拍攝6組不同姿態(tài)下的標(biāo)定板圖像。步驟二：以左相機(jī)光心為原點(diǎn)建立世界坐標(biāo)系，采用張正友標(biāo)定發(fā)求取左右相機(jī)的內(nèi)參矩陣以及相對(duì)于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)、平移矩陣。2)采集閃電圖像并進(jìn)行預(yù)處理操作：用雙目相機(jī)采集同一時(shí)刻圖像對(duì)，得到原始左圖像L1，原始右圖像R1。采用窗口大小為3×3的均值濾波算法對(duì)左右圖像進(jìn)行去噪處理，并根據(jù)標(biāo)定得到的參數(shù)對(duì)濾波后的圖像進(jìn)行校正，得到imgL和imgR。3)分別提取imgL和imgR中的閃電骨架線。以左圖像為例，如圖3所示，其包括：a.采用局部自適應(yīng)閾值法分割閃電圖像，以閃電為前景，令像素值為1，背景部分像素值為0。b.采用兩步迭代法細(xì)化二值化后的閃電圖像。c.提取細(xì)化后二值圖像中閃電的分支點(diǎn)和起始點(diǎn)。d.分割閃電初始骨架線，將圖像中的閃電分割成多條骨架線，每條骨架線上的輪廓點(diǎn)不重復(fù)。4)設(shè)定匹配代價(jià)計(jì)算的鄰域Np和的范圍以及權(quán)重比例γc和γp，以左圖像中的閃電骨架點(diǎn)為待匹配點(diǎn)，根據(jù)極線約束原則和自適應(yīng)支撐權(quán)重算法，采用WTA原則在右圖像中找到匹配代價(jià)最小的候選點(diǎn)作為左圖像中該數(shù)據(jù)點(diǎn)的匹配點(diǎn)。5)利用雙目立體視覺(jué)測(cè)量模型求出閃電的空間三維坐標(biāo)。a.用重心法提取匹配后閃電的亞像素骨架線，以提升閃電的三維定位精度。b.利用視差原理結(jié)合標(biāo)定參數(shù)得到閃電在空間中的三維坐標(biāo)。像素坐標(biāo)與三維空間坐標(biāo)(XW,YW,ZW)的關(guān)系如式(9)所示：XW=B*(xl-cx)(xl-xr)-(cx-cx′)YW=B*(yl-cy)(xl-xr)-(cx-cx′)ZW=B*f(xl-xr)-(cx-cx′)---(9)]]>其中，xl和xr表示左右圖像閃電匹配點(diǎn)對(duì)在像素坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo)，yl表示左圖像中閃電匹配點(diǎn)在像素坐標(biāo)系下的縱坐標(biāo)，cx和cx'表示校正后左相機(jī)和右相機(jī)光心的橫坐標(biāo)，cy表示校正后左相機(jī)光心的縱坐標(biāo)。B表示左右相機(jī)間的基線距離，f表示左相機(jī)像素焦距。cx、cx'、cy、B和f均由相機(jī)標(biāo)定得到。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3