[发明专利]一种基于单目液透镜变焦光学系统的目标相对定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，具体涉及一种基于单目液透镜变焦光学系统的目标相对定位方法。

背景技术

双目立体视觉系统已经被广泛应用到工业检测、航拍测绘、机器人视觉等领域中，但当目标测量距离增大时，测量误差急剧上升，三维测量的结果不准确。当测量目标深度较大时，两相机之间的基线长度同数量级的增大。大基线下的立体视觉系统，体积增大，不便于微型控制等一些特殊场合的应用，同时，两幅立体图像的测量覆盖范围小，可测区域变小，同时受环境光照等的影响，图像对的纹理等特征信息会出现变化，影响立体匹配结果，致使巨大测量误差出现。

单目立体视觉是指，采用一个图像采集设备或采用同一光路上两个独立的图像采集设备，对空间物体从同一角度采集立体图像对，对两幅或多幅单目立体图像进行分析处理，根据空间点形成的多个像点的矢量位移、像素灰度值等不同，计算估计空间点的深度信息，实现三维描述。

基于双焦成像的立体视觉系统，是基于变焦的立体视觉方法中的特例。采用具有两个焦距的摄像装置，从单一观测点对目标实施同步拍摄，获得光轴重合的双焦立体图像对，并从中提取场景深度信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单目液透镜变焦光学系统的目标相对定位方法，用两个不同的焦距对物点成像，并通过图像匹配找到对应匹配点对，再结合相应的焦距值计算出物点的深度信息，即获得目标物体的相对位置。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于单目液透镜变焦光学系统的目标相对定位方法，其采用单目双焦法，所述的液透镜变焦光学系统包含第一双液体透镜以及第二双液体透镜，所述的目标相对定位方法包含以下步骤：

S1、标定液透镜变焦光学系统的焦距参数；

S2、以第一双液体透镜焦距为自变量，确定出第二双液体透镜焦距以及系统总焦距随着第一双液体透镜焦距变化的关系式；

S3、液透镜变焦光学系统对目标物体变焦成像，获得变焦图像对；

S4、对变焦图像对中的目标物体的像点进行特征提取与匹配；

S5、根据焦距值与特征匹配结果计算目标物体的空间深度信息。

上述的基于单目液透镜变焦光学系统的目标相对定位方法，其中，所述的步骤S1中：

通过焦距仪对液透镜变焦光学系统的焦距参数进行标定。

上述的基于单目液透镜变焦光学系统的目标相对定位方法，其中，所述的步骤S4具体包含：

S41、对变焦图像对的图像进行去噪、增强预处理后进行特征提取；

S42、根据提取出的图像特征点建立图像对中像点的相互关系。

上述的基于单目液透镜变焦光学系统的目标相对定位方法，其中，所述的步骤S5具体包含：

通过目标物体深度值计算公式计算目标物体深度值，式中，x₁、y₁表示第一次变焦下目标像点在光学系统坐标系中的坐标值，x₂、y₂表示第二次变焦下目标像点在光学系统坐标系中的坐标值，f₁表示第一次变焦的焦距值、f₂表示第二次变焦的焦距值。

上述的基于单目液透镜变焦光学系统的目标相对定位方法，其中，所述的步骤S41中：

采用SIFT算子完成目标物体像点的提取和匹配。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、运用双焦测量法克服了双目测量中大基线要求，只需获取两幅变焦图像以及两幅图像的焦距参数，具有处理速度快、实时性好的优点；2、体积小，非三角测量，便于凝视定点观测、隐藏与携带；3、图像利用率高，从同一观测点凝视拍摄，双焦立体图像对之间内容重叠度高；4、同步拍摄，受环境光照等因素干扰小便于实时图像采集。

附图说明

图1为本发明中单目液透镜变焦光学系统的组成原理图；

图2为本发明中单目液透镜变焦光学系统的简化光学关系示意图；

图3为本发明中单目双焦测量几何关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

由几何光学可知，在物距相同的条件下光学系统焦距不同所形成的像的高度和相应焦距值之间存在定量的关系。如果用两个不同的焦距对物点成像，并通过图像匹配找到对应匹配点对,再结合相应的焦距值就可以计算出物点的距离。