一種主動測距方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種主動測距方法及系統，所述主動測距方法包括如下步驟：S1、使用近紅外光源在被測物體上投射出矩形光斑；S2、使用成像參數相同的雙目攝像頭，同步獲得被測物體表面的兩幅成像圖像；S3、定位出所述矩形光斑在所述兩幅成像圖像中的位置；S4、根據如下公式確定被測物體的距離。本發明的主動測距方法及系統，利用微投影儀投出的近紅外光光斑作為標定，不會因為目標特征較少而導致圖像失配，抗干擾性強，確保了測距的準確性，近紅外光光斑得到的圖像對比度很高，系統只需對獲取圖像進行簡單的掃描處理即可獲得標定光斑成像位置，而不用對圖像進行特征提取和匹配，計算量小，因此測距效率高，實時性非常好。
【專利說明】一種主動測距方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明屬于機器視覺領域，更具體地說，涉及一種基于雙目攝像頭和微型投影儀 的主動測距方法及系統。
【背景技術】
[0002] 雙目視覺測距是一種高效、非接觸性的先進檢測技術，在機器人引導、交通、軍事、 醫學診斷及工業檢測等領域的應用日趨廣泛。而目前使用的雙目視覺測距多屬于被動測 距方法，亦即由兩個攝像頭同步獲得兩幅圖像，再根據立體視覺原理，利用圖像匹配算法， 定位出公共視野范圍內同一物體在不同位置的成像，從而計算出兩幅圖像的相關度及重合 率，然后利用三維位置信息推算出被測物體的距離。
[0003] 201310202663. 7號中國專利公開了一種應用雙目視覺視差測距原理的距離測量 方法，通過采用不同的基線長度來適應不同距離測量范圍的測量精度要求，適用于近距離 小部件的精確尺寸測量，該發明基于傳統的雙目測量方法，針對一對光軸平行并排位置擺 放的攝像頭，對兩幅圖像中任意兩個待測可視化點分別作一個與兩光軸垂直的平面，通過 雙目視覺視差與深度的反比例關系來獲得兩待測點的深度值，根據待測點深度值和攝像頭 的焦距信息求出兩待測點到光心的距離以及兩待測點到光心連線之間的夾角，然后由余弦 定理便可求出兩點之間的實際距離。該方法具有操作簡單、實用性強、精度高的優勢，易于 普及利用。
[0004] 200810000644. 5號中國專利公開了一種新型雙目測距法，該測距法的硬件主要包 括兩個焦距不同的攝像頭、圖像采集卡、攝像頭控制電機和主控計算機。根據三角形的相似 原理，以及焦距、物距和象距的關系公式推導出被測物體的距離和尺寸計算公式。利用兩個 焦距不同的攝像頭對被測物體進行成像，得到兩個尺度不同的圖像，主控計算機通過相應 算法算出被測物體在兩個圖像中的不同尺寸，將這兩個不同的尺寸代入計算公式，就可以 得到被測物體的距離和尺寸信息。該方法使機器人同時擁有望遠鏡和廣角鏡效果，提高其 感知世界的深度和廣度，根據該方法的原理公式，不用測出象距就可以計算出物體的距離 信息，從而節省了位移傳感器的使用，降低了成本。
[0005] 上述雙目測距技術都要求具有較大的數據處理能力以完成的相關的較大運算量， 進行實時性的、連續性的測距效果較差，此類被動的雙目測距方法依賴于被測物體的特征 豐富程度(如幾何形狀、紋理特征等)，如果被測物體的特征較少甚至沒有，那么將無法完成 圖像特征的提取、物體的定位，從而導致圖像失配，最終導致無法完成測距。
[0006] 同時，主動視覺測距技術也有相關報道，201210134246. 9號中國專利公開了一種 可移動平臺的主動視覺測距系統，包括設置在所述的移動平臺上的攝像機，所述的攝像機 內設置鏡頭和圖像傳感器，還包括設置在所述的移動平臺上的激光投射器，還包括進行集 中控制的電子控制裝置，所述的電子控制裝置與所述的攝像機和激光投射器連接，所述的 激光投射器發射線性結構光可經過前方障礙物反射以后，經過所述的鏡頭投影在所述的圖 像傳感器上。所述的激光投射器在所述的電子控制裝置的控制下可上下轉動。所述的鏡頭 的光軸設置與所述的激光投射器的中心軸線位于同一平面，所述的激光投射器發射的線性 結構光設置在水平方向。所述的電子控制裝置設置內部設置主動視覺測距算法，
[0007] 通過所述的主動視覺測距算法可測量前方障礙物和臺階的距離。此類測距技術仍 然具有運算量大，實時性和連續性差等問題，并且，基于攝像機內置鏡頭來感知激光投射器 投射的激光點的方式，其靈敏度也會受到影響。
【發明內容】
[0008] 本發明所要解決的技術問題在于，針對現有雙目測距技術運算量大，實時性、連續 性、主動性差等問題，針對現有主動測距技術運算量大，實時性、連續性、靈敏度差等問題， 提供了一種主動測距方法及系統。
[0009] 本發明解決上述問題的技術方案為：提供了一種主動測距方法，所述方法包括如 下步驟：
[0010] S1、使用近紅外光源在被測物體上投射出矩形光斑；
[0011] S2、使用成像參數相同的雙目攝像頭，同步獲得被測物體表面的兩幅成像圖像；
[0012] S3、定位出所述矩形光斑在所述兩幅成像圖像中的位置；
[0013] S4、根據如下公式確定被測物體的距離h，
[0014]
【權利要求】
1. 一種主動測距方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 51、 使用近紅外光源在被測物體上投射出矩形光斑； 52、 使用成像參數相同的雙目攝像頭，同步獲得被測物體表面的兩幅成像圖像； 53、 定位出所述矩形光斑在所述兩幅成像圖像中的位置； 54、 根據如下公式確定被測物體的距離h，
其中，c為所述雙目攝像頭的兩個攝像頭鏡頭安裝的距離，Μ為所述兩幅成像圖像在橫 方向上的像素總個數，a'、b'為矩形光斑分別在所述兩幅成像圖像中的對應位置，β為 所述雙目攝像頭的兩個攝像頭視角的半角。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，使用的所述雙目攝像頭前 安裝有近紅外濾光片。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述近紅外濾光片采用的通帶中心波長 與所述近紅外光源的波長相匹配。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述近紅外濾光片采用的通帶中心波長 為 850nm、880nm、940nm 或者 950nm 中的一種。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3進一步包括： 531、 逐行掃描所述兩幅成像圖像的像素點； 532、 將當前像素點的像素值與前一像素點的像素值進行差分，當差分值小于設定的第 一閾值，繼續進行下一像素點的掃描；當差分值大于設定的第一閾值，記錄下當前像素點位 置，轉入下一行像素點的掃描； 533、 當所記錄的像素點數量達到設定的第二閾值時結束掃描； 534、 根據所記錄下的像素點位置，確定矩形光斑分別在第一攝像頭和第二攝像頭的成 像圖像中的對應位置。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3進一步包括： 531 '、逐行掃描第一攝像頭和第二攝像頭的成像圖像的像素點； 532 '、將當前像素點的像素值與設定的第三閾值比較，當前像素點的像素值小于設定 的第三閾值時，繼續進行下一像素點的掃描；當前像素點的像素值大于設定的第三閾值時， 記錄下當前像素點位置，轉入下一行像素點的掃描； 533 '、當所記錄的像素點數量達到設定的第四閾值時結束掃描； 534 '、根據所記錄下的像素點位置，確定矩形光斑分別在第一攝像頭和第二攝像頭的 成像圖像中的對應位置。
7. -種主動測距系統，其特征在于，所述系統包括CPU、成像參數相同的雙目攝像頭、 投影儀，所述雙目攝像頭和所述投影儀分別與所述CPU電氣連接，其中， 所述投影儀用于使用近紅外光源在被測物體上投射出矩形光斑； 所述雙目攝像頭用于同步獲得被測物體表面的兩幅成像圖像； 所述CPU用于定位出所述矩形光斑在所述兩幅成像圖像中的位置，并根據如下公式確 定被測物體的距離h，
其中，C為所述雙目攝像頭的兩個攝像頭鏡頭安裝的距離，Μ為所述兩幅成像圖像在橫 方向上的像素總個數，a'、b'為矩形光斑分別在所述兩幅成像圖像中的對應位置，β為 所述雙目攝像頭的兩個攝像頭視角的半角。
8. 根據權利要求7所述的主動測距系統，其特征在于，使用的所述雙目攝像頭前安裝 有近紅外濾光片。
9. 根據權利要求7所述的主動測距系統，其特征在于，所述近紅外濾光片采用的通帶 中心波長與所述近紅外光源的波長相匹配。
10. 根據權利要求7所述的主動測距系統，其特征在于，所述近紅外濾光片采用的通帶 中心波長為850nm、880nm、940nm或者950nm中的一種。
【文檔編號】G01C3/00GK104154898SQ201410169550
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】但果, 易羽, 陳子豪, 陳思平 申請人:深圳大學