[发明专利]一种应用双目视觉视差测距原理的距离测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄影测量领域，特别涉及一种应用双目视觉视差测距原理的距离测量方法。

技术背景

几何测量主要包括角度、距离、位移、直线度和空间位置等量的测量，测量尺度分别向大尺寸方向和小尺寸方向发展。小尺寸方向正在向微米和纳米精度级发展，大尺寸测量主要指几米至几百米范围内物体的空间位置、尺寸、形状、运动轨迹等的测量。传统的大尺寸测量最通用的是确定位置的三维坐标测量，三坐标测量机、经纬仪、全站仪、激光测距仪、室内GPS、数字近景摄影测量等都是典型的大尺寸测量系统。其中经纬仪测量系统和数字近景测量系统属于光学测量，具有非接触测量的特点。

目前国际上工业大尺寸测量仪器主要有三类，分别是激光干涉仪、固定式坐标测量机、便携式坐标测量系统。激光干涉仪测量范围大，主要解决机床、坐标测量机等精密定位系统的精度评估。在40m范围内，其测量精度可以达到0.7*10^-6，固定式坐标测量系统是通过激光扫描的方式来确定目标物体的尺寸。前两者都属于主动测量方法。视觉测量系统是便携式坐标测量系统中的一种，属于被动式测量。目前最常用的测距方法有超声波测距、激光测距、红外测距、光学测距等，其主要应用于军事、大地测量、建筑施工等领域。立体视觉测距是一种光学测距方法，相比于超声波测距、激光测距和红外测距这些主动式测距方法，立体视觉测距具有非接触、快速、自动测量、对人眼无伤害等优点。通过调整基线长度可以满足不同的距离范围测量精度要求。本发明基于传统的立体视觉视差测距原理，对传统方法的实现过程进行了简化，并在测距的基础上，提出了一种对目标图像上任意可视化的两点间距离的测量方法。

另外，由于双目立体测距的测量精度与图像对的匹配精度成正比，与基线长度有关。增大基线长度可以提高测量精度，但是同时也增大了图像之间的差异，图像之间差异的增大意味着匹配难度加大，因而系统设计需要综合考虑各方面因素。当前工业上用于小距离和微小距离测量的方法主要是激光三角法测距，双目立体视觉测量在国际上广泛应用于工业大尺寸测量。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于双目视觉视差测距原理的距离测量的方法，相比于现有的测量方法具有操作简单、实用性强、精度高的特点。

本发明一种基于双目视觉视差测距原理的距离测量方法所采用的技术方案为：根据双目视觉视差测距原理测得两待测点的深度值，然后根据数据拟合得到不同深度处像素数与实际长度之间的比值，由上述比值可以得到两待测点与光心之间的实际距离以及像素焦距。由像素焦距可以在两待测点在其中一幅图像上的两个投影点与光心构成的三角形中，按照余弦定理的三边关系求得两待测点与光心连线之间的夹角。根据以上步骤便完成了两待测点与光心所构成的三角形的边角边求解，最后按照三角余弦定理求得两待测点之间的距离。

具体包括如下几个主要步骤：

一种应用双目视觉视差测距原理的距离测量方法，主要步骤包括：

(1)两待测点深度获取：将两个摄像头按照标准配置固定好并保持不动，将一块棋盘格平面板垂直于光轴放置等间隔拍摄一组照片，根据双目视觉测距原理中视差与深度对应的反比例函数关系，可以将不同深度处对应的视差值通过无穷远参考平面求出，得到一组视差深度关系映射表，然后通过拍摄照片中两待测点的视差值来查表获得对应的深度值；

(2)两待测点到光心的距离的获取：将两个摄像头按照标准配置固定好并保持不动，将一块棋盘格平面板垂直于光轴放置等间隔拍摄一组照片，根据平面板距离光心的实际距离和拍摄得到照片上的像素数，得到不同深度处单个像素对应的实际长度，根据这组数据拟合出一个确定的比值，根据这个比值得到图像上像素数与待测点连接光心连线在与图像平面平行的平面上投影实际长度，然后在由光心、单个待测点以及待测点在上述投影平面上的投影点所构成的直角三角形中计算待测点到光心的实际距离；

(3)两待测点之间距离的获取：求得两待测点所在平面的深度之后，可以根据焦距信息和两点深度值求出两待测点到光心之间的距离以及两待测点与光心连线之间的夹角，最后运用余弦定理求出两点之间的实际距离。

具体地，所述视差深度关系映射表的制作过程具体包括：

(11)首先将双摄像头系统正对一个距离镜头比较远的已知平面拍摄两张照片；

(12)然后移动摄像头至离上述已知平面更远再拍摄两张照片，根据两张照片上平面的对应特征点求出两张图像之间的单应性矩阵；