一種雙目視覺測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種雙目視覺測量方法。
【背景技術】
[0002] 無人機技術在科研生產領域的大規模應用，促進了相關領域的快速發展。對于無 人機飛行過程中進行實時拍攝測量的需求日益顯現出來。通常，無人機可以機載遙感設備， 如高分辨率C⑶數碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀，激光掃描儀、磁測儀等獲取信息，用 計算機對圖像信息進行處理，并按照一定精度要求制作成圖像。
[0003] 如2011. 04. 20公開的，公開號為CN102023003A的中國發明揭示了一種基于激光 探測和圖像識別的無人直升機三維定位及測繪方法，含有：基于激光探測和圖像識別的測 距傳感器、高度傳感器和飛行控制計算機，其中，測距傳感器由機載攝像機和激光發射器組 成，用于探測無人直升機距周圍障礙物的距離，其中：通過改變俯仰角和偏航角，測距傳感 器對無人直升機周圍環境進行探測并測距；高度傳感器用于測量無人直升機距地面的飛行 高度；根據在不同俯仰角、航向角和飛行高度條件下測量得到的測距數據，可以實現無人直 升機對未知環境的三維同步定位及測繪。本發明通過在無人直升機上搭載激光探測和圖像 識別的測距傳感器，可以在飛行過程中快速、簡便和可靠地對周圍環境進行探測。
[0004] 但是這些機載設備大多成本較高，使用不方便，同時難以進行實時的運算處理分 析工作。所以急需一套行之有效的簡易實時測量設備和方法。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題，在于提供一種雙目視覺測量方法，利用雙目相機拍攝 的圖像進行特征點的SURF圖像匹配，RANSAC方法對匹配結果進行篩選，利用了雙目視覺原 理，以及簡單的相機內部參數對物體的大小，物體與相機的遠近進行了實時的測量。
[0006] 本發明是這樣實現的：一種雙目視覺測量方法，包括：
[0007] 步驟10、利用雙目相機的左右兩個相機同時拍攝同一個物體進行雙目圖像采集， 得到左右兩幅圖像；
[0008] 步驟20、使用SURF算法對所述左右兩幅圖像進行特征點提取，并且粗略匹配特征 點對；
[0009] 步驟30、使用RANSAC (RANdom SAmple Consensus，隨機抽樣一致性方法）算法對 所述粗略匹配的特征點對根據幾何成像的線性關系進行篩選，得到可信的特征點對；
[0010] 步驟40、根據所述可信的特征點對在所述左右兩幅圖像中的位置信息，同時使用 雙目立體視覺三維測量的相關公式，對物體進行測量。
[0011] 進一步的，所述步驟30中的RANSAC算法的輸入是經過粗匹配后特征點對在所述 左右圖像中的坐標值，該RANSAC算法通過反復選擇特征點對中的一組隨機子集來達成目 標，被選取的子集被假設為已經滿足要求的特征點對，并用下述過程進行驗證：
[0012] (1)有一個空間線性關系適應于假設滿足要求的特征點對，即所有的未知參數都 能從假設的特征點對計算得出；
[0013] (2)用步驟（1)中得到的空間線性關系去測試所有其它特征點對，如果某個特征 點對適用于估計的線性關系，假設其滿足要求；
[0014] (3)如果有足夠多的點被歸類為假設滿足要求的點對，那么估計的線性關系就足 夠合理；
[0015] (4)然后，用所有假設滿足要求的特征點對去重新估計線性關系，因為它僅僅被初 始的假設滿足要求的點對估計過；
[0016] (5)最后，通過估計滿足要求的點對與模型的錯誤率來評估線性關系。
[0017] 所述步驟（1)至（5)的過程被重復執行固定的次數，每次產生的線性關系要么因 為滿足要求的點對太少而被舍棄，要么因為比現有的線性關系更好而被選用。
[0018] 進一步的，假設雙目相機的兩相機焦距相同，左右兩幅圖像在同一個平面上，（Ul， V1)為P在左圖像平面坐標系中的P1坐標，（u2，v2)為特征點P在右圖像平面坐標系中的P 2坐標，V = V1= V 2;左攝像機坐標系X' y' Z'，原點在攝像機鏡頭的光心處，則所述雙目立體 視覺三維測量的相關公式是：
[0021] 式中，d為P點在左右兩圖像中的視差，b為雙目相機基線，f為雙目相機焦距，（Γ， Γ，Γ)即為P點的左攝像機坐標系中的坐標。
[0022] 進一步的，該方法用于無人機。
[0023] 本發明的有益效果：本發明方法利用雙目相機拍攝的圖像進行特征點的SURF圖 像匹配，RANSAC方法對匹配結果進行篩選，利用了雙目視覺原理，以及簡單的相機內部參數 對物體的大小，物體與相機的遠近進行了實時的測量。其優點在于：
[0024] (1)傳統的測量方法運算速度較慢，圖像匹配的過程很復雜，而本發明基于SURF 算法的圖像匹配對于640*480像素尺寸的圖像運算時間僅為幾十到一百毫秒，速度大大的 增加，且圖像匹配比較簡單；
[0025] (2)本發明使用雙目立體視覺技術進行測量，利用雙攝像頭對同一物體進行拍攝， 利用幾何光學上的位置信息，并通過相關公式的計算來達到測量的目的；該方法簡便易行， 同時對設備的要求不高，適合于在無人機這樣較為狹窄的空間內使用；
[0026] (3)本發明方法用于無人機時，解決了無人機在飛行過程中的測距問題，具有現實 的實用意義。
【附圖說明】
[0027] 下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。
[0028] 圖1為本發明方法的總體執行流程圖。
[0029] 圖2為本發明方法中雙目立體成像的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 如圖1所示，本發明的雙目視覺測量方法，包括：
[0031] 步驟10、利用雙目相機的左右兩個相機同時拍攝同一個物體進行雙目圖像采集， 得到左右兩幅圖像；
[0032] 步驟20、使用SURF算法對所述左右兩幅圖像進行特征點提取，并且粗略匹配特征 點對；
[0033] 使用SURF算法對所述左右兩幅圖像進行特征點提取是現有技術，SURF算法在適 中的條件下完成所述左右兩幅圖像中物體的匹配基本實現了實時處理，其能達到快速的效 果實際上是基于對積分圖像haar求導。本發明中該SURF算法使用積分圖像分別完成左右 兩幅圖像卷積操作，使用Hessian矩陣檢測特征值，使用基于分布的描述符。SURF算法建立 一階Haar小波在X和y上的響應的分布，使用積分圖像提高計算速度，并且只有64維，使 用Laplacian的符號來索引特征點，方便匹配。
[0034] 步驟30、使用RANSAC算法對所述粗略匹配的特征點對根據幾何成像的線性關系 進行篩選，得到可信的特征點對；
[0035] RANSAC算法可以從一組包含"局外點"的觀測數據集中，通過