[发明专利]一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法

说明书

本发明属于基于双目相机的立体视觉技术领域，具体涉及一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法。包括以下步骤：双目相机拍摄作直线运动的目标物体，左右相机分别获得图像，获取图像中目标物体的像素坐标，以双目相机中左眼或右眼相机光心为原点建立空间摄像机坐标系，将图像中的二维点转换为空间中的三维点；在摄像机坐标系下，对左眼相机任取两幅图像分别提取目标点坐标，与左眼光心确定平面方程一，对右眼相机任取两幅图像分别提取目标点坐标，与右眼光心确定平面方程二，两平面相交可确定直线运动轨迹。本方法计算直线运动轨迹时无需双目图像特征点匹配，减少轨迹计算复杂程度，解决了在高速摄像下传统双目测距方法中特征点匹配困难的问题。

技术领域

本发明属于基于双目相机的立体视觉技术领域，具体涉及一种双目相机测量直线运动轨迹的测量方法。

背景技术

双目相机是一种能够提供立体视觉信息的设备。基于双目相机获得的图像，通过双目视差原理，能够计算出双目相机所拍摄到的物体相对于相机的三维空间位置。

小孔成像原理是光的直线传播，照相机成像原理是光的折射，但二者都得到倒立、缩小的实像。应用于相机的为透镜成像模型，当物距大于等于2倍的焦距时，像距在一倍焦距与2倍焦距以内，当物距远远大于2倍焦距时，像距近似等于透镜成像的焦距。现有技术中，双目相机的两个镜头具有彼此平行的光轴，两个镜头在垂直于光轴的方向上并排布置并且具有彼此分开的取景窗口，对于同一被成像物体具有不同的视角，从而获得不同的图像。不同图像之间的差异就可以用来计算物体距离双目相机之间的距离。以上方法来测量直线运动轨迹需要真实世界中目标点被左眼相机与右眼相机同时获取到图像中，根据同一点在双目相机图像进行特征匹配计算出目标的景深信息，再由多个目标点来拟合出目标物体真实运动轨迹。目标高速运动时，传统的双目测距方法中特征点匹配计算困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法。

一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法，包括以下步骤：

S1、双目相机拍摄做直线运动的目标图像，建立图像像素坐标系并分别获取左眼和右眼图像中目标点的像素坐标；

S2、以双目相机中左眼相机光心作为原点Oc来建立空间摄相机坐标系，根据成像平面的图像物理坐标系来建立Xc轴、Yc轴，根据相机中心轴建立Zc轴；

S3、将成像平面作为三维空间中摄像机坐标系下的平面，据此把目标在图像物理坐标系中二维点转换为摄像机坐标系中空间平面上的三维点，即图像物理坐标(x₀,y₀)转换为摄像机坐标(x₀,y₀,z₀)，其中z₀的绝对值等于相机像距；

S4、由左眼所获取的两目标点与左眼光心在摄像机坐标系下的坐标确定出平面方程一，由右眼所获取两目标点与右眼光心在摄像机坐标系下的坐标确定出平面方程二，两平面方程确定出交线方程，此交线便是目标点运动轨迹，光心与目标映射在成像平面上的点确定一直线，此直线与轨迹直线相交的点为目标在摄像机坐标系下的坐标。

一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法，所述步骤S2中还包括：以双目相机中左眼相机光轴与图像平面的交点作为原点，横纵坐标轴与像素坐标系横纵坐标轴平行，在图像平面建立物理坐标系，对步骤S1中所获取的目标像素坐标转换为图像物理坐标，单位为毫米。

一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法，所述步骤S3中还包括：摄像机三维坐标系中的Xc、Yc坐标轴与步骤S2中的图像物理坐标系的x轴、y轴平行，摄像机坐标系中的z 轴与左眼相机光路中心轴重合，在相机的透镜模型中，当物距大于2倍焦距时，相机焦距f等于小孔成像模型中的像距，即为摄像机坐标系原点与成像平面的垂直距离，由以上确定出成像平面上各点沿Zc轴方向的坐标，这样便完成了二维点向三维点的转化。