[发明专利]像方型立体视觉在线移动实时测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种像方型立体视觉在线移动实时测量系统。

背景技术

立体视觉的基本原理是从两个或多个视点观察同一景物，以获取物体在不同视角下的图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差(即视差)来获得三维信息。立体视觉测量方法由来已久，并在工业测量和摄影测量领域得到了广泛应用。

《基于立体视觉的一定机器人目标定位》(南京理工大学硕士论文)总结了现有立体视觉的主要步骤，包括：

1)图像获取；

2)摄像机标定；

3)图像预处理和特征提取；

4)立体匹配；

5)三维重建。

上述方法主要存在以下问题：

(1)获取的场景三维信息不完整。有的系统仅获取场景中部分标志物的三维信息，有的系统仅获取场景中部分物体的三维信息，有的系统虽然获取了整个场景的三维信息但密度不够，不能表达场景中的一些细节信息。

(2)获取的场景三维信息未能整合。立体相机每一次拍摄的立体图像均可以生成对应场景的三维信息，但随着立体相机的移动，可以完成一个较大空间的拍摄，但每一次系统均孤立地处理该次生成的场景三维信息，并未考虑不同时刻生成的场景三维信息之间的关系，无法实现对大范围场景的整体测量。

(3)系统实时性不足。上述系统中，对于仅获取场景中部分标志物三维信息的系统来说，基本可满足实时响应的要求，但对于需要获取全部场景精细三维信息的系统来说，其处理往往是线下的，还不能满足实时响应的要求。

本项目设计的像方型立体视觉在线移动实时测量系统，通过优化立体图像处理与匹配算法，结合相机移动连续获取立体图像和立体图像视觉测量模型连接算法，实现针对同一目标的连续观测并实时生成整个目标完整、精确的三维信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种像方型立体视觉在线移动实时测量系统，用以解决现有技术中获取的场景信息不完整、未能整合场景三维信息的问题，进一步还能提高实时性。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

像方型立体视觉在线移动实时测量系统，包括由两台相机、相机固定与距离调整装置构成的立体相机，立体相机连接控制与计算设备，所述控制与计算设备用于相机采集数据的控制、存储、处理及处理结果输出；测量过程如下：

1)相机标定；2)在立体相机的移动过程中，获取若干组立体图像；3)图像预处理；4)特征提取与立体匹配；5)三维重建；6)立体图像模型连接；对于任一时刻的立体影像，获取相邻时刻的立体影像中的同名像点，以它们为两组立体影像的连接点，通过前方交会计算得到两组立体模型的同名模型点，通过空间相似变换将两组立体模型变换到同一空间坐标系下；依次对下一时刻的立体影像进行同样处理，将所有的立体图像模型连接成一个针对整个场景的整体模型。

所述相机标定方法包括：同时获取立体影像；提取标定板角点；标定解算。

图像预处理包括滤波和灰度均衡化处理。

所述特征提取与立体匹配包括：利用SURF算子得到立体模型间的连接点；计算出两幅图像间的相对位置和姿态，进行相对定向解算；确定立体影像间的核线关系，对立体影像进行纠正得到按核线排列的立体影像；以SGM算法进行立体影像的稠密匹配以生成密集的同名像点。

根据匹配得到的密集同名像点采用多片前方交会法来重建目标场景的三维信息，实现所述三维重建。

本发明的测量方法，是在立体相机的移动过程中，不断获取立体影像并实时重建目标场景的立体模型。为了形成一个完整的场景模型就需要将每一次重建的结果连接起来。立体图像模型连接的原理是依据获取相邻时刻的两组立体影像中的同名像点，以它们为两组立体影像的连接点，通过前方交会计算得到两组立体模型的同名模型点，最后通过空间相似变换将两组立体模型变换到同一空间坐标系下。对后续时刻获得的立体影像同样处理，即可将所有的立体图像模型连接成一个针对整个场景的整体模型。

附图说明

图1是摄像头固定架；

图2是硬件平台的设计示意图；

图3是软件工作流程图；

图4是棋盘格标定板及其坐标系；

图5是SURF算子流程图；

图6是相对定向完成后同名投影光线相交于目标点；

图7是单独像对相对定向流程图；

图8是平行双目立体视觉系统的对极几何关系；

图9是SGM匹配算法流程图；

图10是前方交会测量原理；

图11是立体图像模型连接流程图；