[发明专利]一种基于反光球标记点的近红外双目视觉立体匹配方法

权利要求书

1.一种基于反光球标记点的近红外双目视觉立体匹配方法，该方法是利用反光球标记点的三维几何尺寸特征，剔除近红外双目视觉标记点的伪匹配点对，以获得快速、鲁棒的立体匹配结果，从而精确地计算出标记点的空间三维坐标，进而实现对标记点的实时、鲁棒的跟踪定位；其特征在于：所述利用反光球标记点的三维几何尺寸特征，剔除标记点伪匹配点对的方法过程如下：

1)计算左右摄像机标记点成像斑点的几何中心亚像素坐标，记该坐标为标记点的像点坐标；

2)依据双目视觉的对极几何原理，绘制左摄像机像点在右摄像机图像上的对应极线；

3)找出右摄像机图像上所有落在极线上的像点；

4)若落在右摄像机图像中的极线上只有一个像点，则根据三角测量原理计算出该点的三维空间坐标；若该极线上存在多个像点时，则需遵守以下规则：首先，根据三角测量原理计算出该极线对应的左摄像机像点与极线上多个像点形成的三维空间坐标点，然后构建出以这些三维空间坐标点为球心、以反光球实际测量所得半径大小为半径的球体，接着在左摄像机上提取该标记点成像斑点的轮廓，再计算出该轮廓与左摄像机光心形成的圆锥面，最后判断圆锥面是否与构建出来的球体相切，若相切则为正确匹配点，若不相切，则为伪匹配点。

2.根据权利要求1所述的一种基于反光球标记点的近红外双目视觉立体匹配方法，其特征在于：在步骤1)中，通过阈值分割、连通域提取获得所有标记点的成像斑点，然后采用加权平均法计算标记点成像斑点的几何中心亚像素坐标，将该坐标作为记为标记点的像点坐标。

3.根据权利要求1所述的一种基于反光球标记点的近红外双目视觉立体匹配方法，其特征在于：在步骤2)中，从双目摄像机系统的标定结果中获取左右摄像机内外部参数及左右摄像机坐标系间的变换矩阵，依据双目视觉的对极几何原理，绘制出左摄像机像点在右摄像机图像上所对应的极线。

4.根据权利要求1所述的一种基于反光球标记点的近红外双目视觉立体匹配方法，其特征在于：在步骤3)中，设置一距离阈值，计算右摄像机图像上所有标记点像点与该极线的距离，若像点与该极线的距离小于阈值，则认为该像点位于该极线上，反之则不落在该极线上，从而找到右摄像机图像上所有落在该极线上的像点。

5.根据权利要求1所述的一种基于反光球标记点的近红外双目视觉立体匹配方法，其特征在于：在步骤4)中，根据右摄像机图像上落在极线上像点数进行判断：a、若位于右摄像机图像极线上的像点仅有1个，则该匹配点对为正确的匹配点对，根据三角测量原理直接计算出该匹配点对所对应的三维空间点坐标；b、若位于右摄像机图像极线上的像点为2个以上时，需根据反光球标记点的三维几何尺寸特征进行剔除伪匹配点对，其中该伪匹配点的剔除计算过程如下：

4-1)记该极线对应的左摄像机像点为p_li，左右摄像机的光心为o_l和o_r，设右摄像机图像中位于该极线上的像点数为N，所对应的点记为p_rj，j＝1,2,…,N，将p_li和p_rj进行一对一配对，形成N种组合，根据三角测量原理计算出两条光线o_lp_li和o_rp_rj的交点P_ij，即为p_li和p_rj对应的三维空间坐标点；

4-2)记反光球标记点的球体半径为R，以4-1)中计算得到的三维空间坐标点为球心，构建出半径为R的虚拟球体V_ij；

4-3)对左摄像机图像上通过图像处理方法获得的第i个标记点的成像斑点进行处理，获取其轮廓线，然后对该轮廓线进行圆拟合得到圆C_i，计算出其与左摄像机光心o_l形成的圆锥面S_li；

4-4)设置一阈值t，计算圆锥面S_li是否与虚拟球体V_ij相切，若相切则为左摄像机平面上的像点p_li与右摄像机平面上的像点p_rj为正确匹配点对，若不相切，则为伪匹配点对。